结构体内存对齐分析

内存对齐

每个特定平台上的编译器都有自己的默认“对齐系数”(也叫对齐模数)。程序员可以通过预编译命令#pragma pack(n)，n=1,2,4,8,16来改变这一系数，其中的n就是你要指定的“对齐系数”。宏命令#pragma pack会告诉编译器如何进行内存对齐。XCODE中默认为#pragma pack(8)。其接受的参数为：'1', '2', '4', '8', or '16'。

内存对齐的规则

• 数据成员对齐规则：struct 或 union （以下统称结构体）的数据成员，第一个数据成员A放在偏移为 0 的地方，以后每个数据成员B的偏移为(#pragma pack(指定的数n) 与 该数据成员（也就是 B）的自身长度中较小那个数的整数倍，不够整数倍的补齐。
• 数据成员为结构体：如果结构体的数据成员还为结构体，则该数据成员的“自身长度”为其内部最大元素的大小。struct a里存有struct b,b里有char,int ,double等元素,那b应该从8的整数倍开始存储.)
• 结构体的整体对齐规则：在数据成员按照上述第一步完成各自对齐之后，结构体本身也要进行对齐。对齐会将结构体的大小调整为(#pragma pack(指定的数n) 与 结构体中的最大长度的数据成员中较小那个的整数倍，不够的补齐。
  补充：Xcode 中默认为#pragma pack(8)。如果在代码执行前加一句#pragma pack(1) 时就代表不进行内存对齐！

内存对齐的好处

1. 为了兼容，方便移植。CPU是一块块的进行进行内存访问。有一些硬件平台不允许随机访问，只能访问对齐后的内存地址，否则会报异常。

2. 为了提高CPU内存访问速度。CPU访问非对齐的内存时需要进行多次拼接。如下图，比如需要读取从[2, 5]的内存，需要分别读取两次，然后还需要做位移的运算，最后才能得到需要的数据。这中间的损耗就会影响访问速度。

   
   CPU访问非对齐

案例分析

开发常见的数据类型占位大小

类型占位大小
结合以上所概述的内容分析以下三个结构体的内存

struct Struct1{
    double a; //0-7
    char b;   //8
    int c;    //起始min(8,4)=4,所以从4的倍数开始 12 13 14 15
    short d;  //16 17
} structOne;  //min(8,8)=8, 8的倍数 24;  

struct Struct2{
    double a; //0-7
    int c;    //起始min(8,4)=4,所以从4的倍数开始 8 9 10 11
    char b;   //12
    short d;  //14 15
} structTwo;  //min(8,8)=8, 8的倍数  16

struct Struct3{
    double a; //0-7
    int c;    //起始min(8,4)=4,所以从4的倍数开始 8 9 10 11
    char b;   //12
    short d;  //14 15
    int e;     //16 17 18 19
    struct  Struct1  stu_xjl; //Struct1成员里面最大的是占8位，所以开始位置必须为8的倍数，也就是24
} structThree;  //结果：24 + Stuct1的大小：24  = 48，48刚好是8的倍数

运行得出结果

运行结果

总结

本文主要讲述了内存对齐的三个原则以及其存在的必要性，最后还分析了结构体在内存对齐下的内存大小（不同的变量顺序会导致结构体大小不一样哦）。