1、内存对齐的原因

我们都知道计算机是以字节（Byte）为单位划分的，理论上来说CPU是可以访问任一编号的字节数据的，我们又知道CPU的寻址其实是通过地址总线来访问内存的，CPU又分为32位和64位，在32位的CPU一次可以处理4个字节（Byte）的数据，那么CPU实际寻址的步长就是4个字节，也就是只对编号是4的倍数的内存地址进行寻址。同理64位的CPU的寻址步长是8字节，只对编号是8的倍数的内存地址进行寻址,如下图所示是64位CPU的寻址示意图：

image

这样做可以实现最快速的方式寻址且不会遗漏一个字节，也不会重复寻址。

那么对于程序而言，一个变量的数据存储范围是在一个寻址步长范围内的话，这样一次寻址就可以读取到变量的值，如果是超出了步长范围内的数据存储，就需要读取两次寻址再进行数据的拼接，效率明显降低了。例如一个double类型的数据在内存中占据8个字节，如果地址是8，那么好办，一次寻址就可以了，如果是20呢，那就需要进行两次寻址了。这样就产生了数据对齐的规则，也就是将数据尽量的存储在一个步长内，避免跨步长的存储，这就是内存对齐。在32位编译环境下默认4字节对齐，在64位编译环境下默认8字节对齐。

2、内存对齐的规则

1、数据成员对齐规则：结构(struct)(或联合(union))的数据成员，第一个数据成员放在offset为0的地方，以后每个数据成员的对齐按照#pragma pack指定的数值和这个数据成员自身长度中，比较小的那个进行。

2、结构(或联合)的整体对齐规则：在数据成员完成各自对齐之后，结构(或联合)本身也要进行对齐，对齐将按照#pragma pack指定的数值和结构(或联合)最大数据成员长度中，比较小的那个进行。

3、结构体作为数据成员：如果一个结构里有某些结构体成员，则结构体成员要从其内部最大元素大小的整数倍地址开始存储。

你一定会疑惑#pragma pack是个什么东西呢？#pragma pack其实就是指定内存对齐系数，如1，2，4，8，16。xcode默认的对齐系数是8.

关于offset的说明：

结构体的变量的首地址是其最长基本数据成员的整数倍。
2.结构体每个成员的相对于结构体首地址的偏移量是其数据长度的整数倍，如有需要编译器会在成员之间填充字节。

3、演练

在这里我只对8字节对齐进行演练

struct struct_test1 {
    int a;//4字节
    char b;//1字节
    short c;//2字节
    char d[6];//1字节，6个char的长度
    double e;//8字节
   struct struct_test2 {
        double f;//8字节
        char h;//1字节
        int j;//4字节
    }MyStruct2;
char j;//1字节
}MyStruct1;

规则1：数据成员对齐规则：结构(struct)(或联合(union))的数据成员，第一个数据成员放在offset为0的地方，以后每个数据成员的对齐按照#pragma pack指定的数值和这个数据成员自身长度中，比较小的那个进行

int型，长度4 < 8 按4对齐；起始offset=0 ；存放位置区间[0,3]
char型，长度1<8按1对齐；起始offset=4 ；存放位置区间[4]
short型，长度2<8按2对齐；起始offset=6 ；存放位置区间[6,7]
char型，长度1<8按1对齐；起始offset=8 ；存放位置区间[8,13]
double型，长度8=8按8对齐；起始offset=16；存放位置区间[16,23]

规则3：结构体作为数据成员：如果一个结构里有某些结构体成员，则结构体成员要从其内部最大元素大小的整数倍地址开始存储

MyStruct2内部成员最大长度为double8字节，偏移量offset=24正好是8的倍数，所以从24开始存储MyStruct2
double型，长度8=8按8对齐，起始offset=24，存储位置区间[24,31]
char型，长度1<8按1对齐，起始offset=32，存储位置区间[32]
int 型，长度4<8按4对齐，起始offset=36，存储位置区间[36,39]

规则2：结构(或联合)的整体对齐规则：在数据成员完成各自对齐之后，结构(或联合)本身也要进行对齐，对齐将按照#pragma pack指定的数值和结构(或联合)最大数据成员长度中，比较小的那个进行
整体对齐系数 = min((max(double,char,int), 8) = 8，将内存大小由39补齐到8的整数倍40

char型，长度1<8,其实offset=41，存储位置区间[41]
整体对齐系数 = min((max(int,short,char,double), 8) = 8，将内存大小由41补齐到8的整数倍48
所以最终对齐后的大小为48字节