字节对齐 - 简书

什么叫做字节对齐？

对齐跟数据在内存中的位置有关。如果一个变量的内存地址正好位于它长度的整数倍，他就被称做自然对齐。比如在32位cpu下，假设一个整型变量的地址为0x00000004，那它就是自然对齐的。

对于标准数据类型，它的地址只要是它的长度的整数倍就行了，而非标准数据类型按下面的原则对齐：

数组：按照基本数据类型对齐，第一个对齐了后面的自然也就对齐了。
联合：按其包含的长度最大的数据类型对齐。
结构体：结构体中每个数据类型都要对齐。

编译器是按照什么样的原则进行对齐的?

数据类型自身的对齐值：

对于char型数据，其自身对齐值为1，对于short型为2，对于int,float,类型，其自身对齐值为4，double类型，其对齐值为8，单位字节。

结构体或者类的自身对齐值：其成员中自身对齐值最大的那个值。

指定对齐值：#pragma pack (value)时的指定对齐值value。

数据成员、结构体和类的有效对齐值：自身对齐值和指定对齐值中小的那个值。

有效对齐值N是最终用来决定数据存放地址方式的值，最重要。

有效对齐N，就是表示“对齐在N上”，也就是说该数据的"存放起始地址%N=0".而数据结构中的数据变量都是按定义的先后顺序来排放的。

第一个数据变量的起始地址就是数据结构的起始地址。

结构体的成员变量要对齐排放，结构体本身也要根据自身的有效对齐值圆整

举例说明：

struct B
{
char b;
int a;
short c;
};

编译器默认情况下会对这个struct作自然边界对齐。

假设B从地址空间0x0000开始排放。该例子中没有定义指定对齐值，在笔者环境下，该值默认为4。

第一个成员变量b的自身对齐值是1，比指定或者默认指定对齐值4小，所以其有效对齐值为1，所以其存放地址0x0000符合0x0000%1=0.

第二个成员变量a，其自身对齐值为4，所以有效对齐值也为4，所以只能存放在起始地址为0x0004到0x0007这四个连续的字节空间中，复核0x0004%4=0,且紧靠第一个变量。

第三个变量c,自身对齐值为2，所以有效对齐值也是2，可以存放在0x0008到0x0009这两个字节空间中，符合0x0008%2=0。所以从0x0000到0x0009存放的都是B内容。

再看数据结构B的自身对齐值为其变量中最大对齐值(这里是b）所以就是4，所以结构体的有效对齐值也是4。根据结构体圆整的要求，0x0009到0x0000=10字节，（10＋2）％4＝0。所以0x0000A到0x000B也为结构体B所占用。

故B从0x0000到0x000B共有12个字节,sizeof(struct B)=12;

例子：

#pragma pack (2) /*指定按2字节对齐*/
struct C
{
char b;
int a;
short c;
};
#pragma pack () /*取消指定对齐，恢复缺省对齐*/

第一个变量b的自身对齐值为1，指定对齐值为2，所以，其有效对齐值为1，假设C从0x0000开始，那么b存放在0x0000，符合0x0000%1=0;

第二个变量，自身对齐值为4，指定对齐值为2，所以有效对齐值为2，所以顺序存放在0x0002、0x0003、0x0004、0x0005四个连续字节中，符合0x0002%2=0。

第三个变量c的自身对齐值为2，所以有效对齐值为2，顺序存放
在0x0006、0x0007中，符合0x0006%2=0。所以从0x0000到0x00007共八字节存放的是C的变量。又C的自身对齐值为4，所以C的有效对齐值为2。又8%2=0,C只占用0x0000到0x0007的八个字节。

所以sizeof(struct C)=8.

案例分析

例子：联合体

union u
{
　double a;
　int b;
}; 

union u2
{
　char a[13];
　int b;
}; 

union u3
{
　char a[13];
　char b;
}; 

cout<<sizeof(u)<<endl; // 8cout<<sizeof(u2)<<endl; // 16cout<<sizeof(u3)<<endl; // 13

联合体按其包含的长度最大的数据类型对齐。联合体的内存不会为了所有成员安排，而是只取最大的成员的所需内存大小，每次只能使用其中一个成员。

联合体的内存除了取最大成员内存外，还要保证是所有成员类型size的最小公倍数

u中 a的数据类型为double，长度为8，有效对齐值为8，b的有效对齐值是4，而选择按8对齐。复核是8的整数倍。

u2中，a占据13个字节，包含长度最大，但char的有效对齐值是1.int的有效对齐值是4，所以复核13%4 !=0 还要补3个字节。所以共16个子节大小。

u3中，a占据13个字节，包含长度最大，a和b的有效对齐值都是1 复核13%1===0

所以以上分别是 8 16 13

例子：结构体

struct s1
{
　char a;
　double b;
　int c;
　char d; 
}; 

struct s2
{
　char a;
　char b;
　int c;
　double d;
}; 

cout<<sizeof(s1)<<endl; // 24cout<<sizeof(s2)<<endl; // 16

s1:

a的有效对齐值是1，占据一个字节

b的有效对齐值是8，前面补7个字节，占据8个字节。

c的有效对齐值是4，

D的有效对齐值是1

复核 1+7+8+4+1=21 21%8 == 5;

所以最后要补3个字节。最终结果是24；

s2:

a的有效对齐值是1，占据1个字节

b的有效对齐值是1，占据1个字节

c的有效对齐值是4，前面需要补2个字节。占据4个字节。

d的有效对齐值是8，占据8个字节

1+1+2+4+8=16

复核16%8==0

所以结果是16.

由此可见，结构体中，相同的数据类型，不同的顺序结果也会不一样。我们通常会把长度多的放在最后。通常会减少内存占用。