结构体联合体与内存对齐

一、定义

结构体(struct):是由不同变量类型组成的数据类型，可以含有int、char、unint、double、结构体等数据类型，每个变量都有自己的内存空间。开发者可以自定义结构体，来满足不同需求。
联合体(union):由不同变量共同占用一段内存的结构、也叫共用体。跟结构体类似，但是又不相同

二、区别

结构体每个变量都有自己的内存空间，结构体占的内存空间>=变量的内存总和，变量之间是共存的。
联合体多个变量共同占用同一块内存，变量之间是互斥的，占的内存空间大小是某一个变量内存的最大值。

代码验证

#import <Foundation/Foundation.h>

union Test{
    int a;//4
    short b;//2
    char c;//1
}test;

struct Test2{
    int a;//4
    short b;//2
    char c;//1
}test2;

//struct test3{
//    struct Test2 temp;
//    short b;
//    int a;
//}test3;
int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        // insert code here...
        NSLog(@"Hello, World!");
        
        int a = 20;
        int b = 20;
        NSLog(@"a:%d----%p",a,&a);
        NSLog(@"b:%d----%p",b,&b);
        NSLog(@"联合体test----%lu",sizeof(test));
        NSLog(@"结构体test2----%lu",sizeof(test2));
//        NSLog(@"%lu",sizeof(test3));
    }
    return 0;
}

运行结果

内存结果.png
例子中a、b、c所占内存分别为4、2、1个字节
在test联合体中，sizeof(test)值为4，是三个变量中int a的内存为4字节。
在test2结构体中，sizeof(test2)值为8，大于三个变量所占内存的总和，那么为什么不是7，而是8呢？这个就牵扯到结构体内存对齐了。后面会讲到。

所以结构体和联合体内存大小如下：

结构体：内存大小>=结构体每个变量内存的总和
联合体：内存大小=所有变量内存的最大值。

三、内存对齐

内存对齐原因：cpu访问内存并不是逐个字节去访问的，而是以字节为访问单位，所以数据结构尽可能在自然边界上对齐，如果访问未对齐的内存，cpu可能需要两次访问，但是对齐的内存只需要访问一次就可以。内存对齐后可以提升性能。
举个例子

假设不是按照内存对齐机制存储，一个字节为8位，假设地址为0x0000 0000 - 0x0000 0007。int类型所占的位数为4位，存储址为0x 00000003- 0x00000006。cup第一次访问0x0000 0000 - 0x0000 0003的地址，一次取四个，只获取了四分之一的数据，，cup还需访问0x0000 0004 - 0x0000 0007。再获取剩下的数据，然后再合并两次获取的数据。如果内存对齐的话，int的开始地址直接是0x 0000 0000 ，直接读取一次就可以了。

内存对齐机制
内存对齐不是变量大小的对齐，而是首地址的对齐
联合体直接取变量所占位数最大值就可以了。
结构体不单单是所有变量所占位数的总和，那是怎么来计算内存的大小呢？
拿结构体test2做个验证

struct Test2{
    int a[3];//4*3 0-11
    short b;//2 12-13
    char c[3];//1 14-16(17-19)
    int d;//4 20-23
}test2;

打印结果

test2.png

1. int a[3]，int占4位，数组里面有3个int，所以占的位置是从0-11
2. short b，short占2位，起始位置是2的位倍数，所以占的位置是12-13
3. char c[3],char占一位，数组里面有3个char，所以占的位置是14-16
4. int d，int占4位，按照对齐规则，起始位置应该是4的倍数，所以占的位置是20-23。
   所以结构体test2的大小是24.

假设是结构体嵌套呢？
eg：

struct test3{
    struct Test2 temp;//24 (0-23)
    short b;//2 24 25 26 27
    int a;//4 (28-31)
}test3;

1. 结构体test2，所占位置为24位,所以位置为0-23
2. short 位数为2，24是2的倍数，所占位置24-25
3. int 位数为4，26、27都不是4的倍数，所以起始位置是28，位置为28-31。
   4、总位数是32，刚好又是结构体所有变量内存长度最长为4的倍数，所以 test3内存为32。

内存对齐总结

1、内存访问当前地址是访问当前变量内存长度的倍数
2、结构体内存占的内存长度是结构体所有变量内存长度的最大值的倍数。