01.位元組對齊現象

#include<stdio.h>

struct st1{
    char a;
    short b;
    int c;
};
struct st2{
    char a;
	int c;
    short b;
};

int main(){
	printf("sizeof st1 = %u\n", sizeof(struct st1));
	printf("sizeof st2 = %u\n", sizeof(struct st2));
	return 0;
}

輸出：

sizeof st1 = 8
sizeof st2 = 12

st1和st2的成員變數均為一個char變數、一個int變數、一個short變數，區別在於二者的成員變數順序不同。

但是st1和st2兩結構體所佔記憶體大小卻不一致，這一奇怪的現象底層就是因為C語言結構體發生了位元組對齊。

02.為什麼要位元組對齊——以空間換時間

記憶體的最小單元是一個位元組，理論上當cpu從記憶體中讀取資料時，應該是逐位元組讀取。但是實際上cpu將記憶體當成了多個塊，這個塊的大小可能是2、4、8、16等。位元組對齊是作業系統為了提高記憶體存取效率的策略。如果沒有對齊，就會有可能出現為了存取一個變數卻進行了多次記憶體存取的情形。

2.1 位元組對齊原理

1）變數地址規則

#include<stdio.h>

int main(){
	char c1, c2, c3;
	short s1, s2, s3;
	int i1, i2, i3;
	double d1, d2, d3;

	printf("char:\t%lld %lld %lld\n", &c1, &c2, &c3);
	printf("short:\t%lld %lld %lld\n", &s1, &s2, &s3);
	printf("int:\t%lld %lld %lld\n", &i1, &i2, &i3);
	printf("double:\t%lld %lld %lld\n", &d1, &d2, &d3);
	return 0;
}

輸出：

char:   1703724 1703720 1703716
short:  1703712 1703708 1703704
int:    1703700 1703696 1703692
double: 1703684 1703676 1703668

發現現象：

同一型別下，其每個變數的地址一定可以被該型別所佔記憶體大小(位元組為單位)整除。如（64位元作業系統下）：

• char中的1703724 、1703720 、1703716均能被1整除（char佔1個位元組）；
• short中的1703712 、1703708 、1703704均能被2整除（short佔2個位元組）；
• int中的1703700 、1703696 、1703692均能被4整除（int佔4個位元組）；
• double中的1703684 、1703676 、1703668均能被8整除（double佔8個位元組）。

2）結構體位元組對齊

• 結構體中每個成員變數，其變數地址須滿足該地址能夠被該型別所佔記憶體大小(位元組為單位)整除（即地址是該型別長度的整數倍），如不滿足，則填充位元組直至當前地址滿足此條件。

• 結構體的總大小須為其最大成員大小的整數倍，如不滿足，最後填充位元組以滿足。

理解請參考：

03.結構體巢狀結構體進行位元組對齊

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>

struct sa{
    int a;  //0-3
    char b; //4
    double c;   //8-15
};

struct sb{
    char a; //0
    struct sa b;    //8-23 
    double c;   // 24-31
};

int main(){
    printf("sizeof(struct sa):%u\n", sizeof(struct sa));
    printf("sizeof(struct sb):%u\n", sizeof(struct sb));
    return 0;
}

輸出：

sizeof(struct sa):16
sizeof(struct sb):32

注意：

struct sb中的欄位b，是以其內部的最大變數型別位基準（即double），而不是以sturct sa結構體的大小位基準。