計算機記憶體是以位元組（Byte）為單位劃分的，理論上CPU可以訪問任意編號的位元組，但實際情況並非如此。

CPU 通過地址匯流排來訪問記憶體，一次能處理幾個位元組的資料，就命令地址匯流排讀取幾個位元組的資料。32 位的 CPU 一次可以處理4個位元組的資料，那麼每次就從記憶體讀取4個位元組的資料；少了浪費主頻，多了沒有用。64位的處理器也是這個道理，每次讀取8個位元組。

以32位的CPU為例，實際定址的步長為4個位元組，也就是隻對編號為 4 的倍數的記憶體定址，例如 0、4、8、12、1000 等，而不會對編號為 1、3、11、1001 的記憶體定址。如下圖所示：

這樣做可以以最快的速度定址：不遺漏一個位元組，也不重複對一個位元組定址。

對於程式來說，一個變數最好位於一個定址步長的範圍內，這樣一次就可以讀取到變數的值；如果跨步長儲存，就需要讀取兩次，然後再拼接資料，效率顯然降低了。

例如一個 int 型別的資料，如果地址為 8，那麼很好辦，對編號為 8 的記憶體定址一次就可以。如果編號為 10，就比較麻煩，CPU需要先對編號為 8 的記憶體定址，讀取4個位元組，得到該資料的前半部分，然後再對編號為 12 的記憶體定址，讀取4個位元組，得到該資料的後半部分，再將這兩部分拼接起來，才能取得資料的值。

將一個數據儘量放在一個步長之內，避免跨步長儲存，這稱為記憶體對齊。在32位編譯模式下，預設以4位元組對齊；在64位編譯模式下，預設以8位元組對齊。

為了提高存取效率，編譯器會自動進行記憶體對齊，請看下面的程式碼：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
struct{
    int a;
    char b;
    int c;
}t={ 10, 'C', 20 };
int main(){
    printf("length: %d\n", sizeof(t));
    printf("&a: %X\n&b: %X\n&c: %X\n", &t.a, &t.b, &t.c);
    system("pause");
    return 0;
}
 

在32位編譯模式下的執行結果：
length: 12
&a: B69030
&b: B69034
&c: B69038

如果不考慮記憶體對齊，結構體變數 t 所佔記憶體應該為 4+1+4 = 9 個位元組。考慮到記憶體對齊，雖然成員 b 只佔用1個位元組，但它所在的定址步長內還剩下 3 個位元組的空間，放不下一個 int 型的變量了，所以要把成員 c 放到下一個定址步長。剩下的這3個位元組，作為記憶體填充浪費掉了。請看下圖：

編譯器之所以要記憶體對齊，是為了更加高效的存取成員 c，而代價就是浪費了3個位元組的空間。

除了結構體，變數也會進行記憶體對齊，請看下面的程式碼：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int m;
char c;
int n;
int main(){
    printf("&m: %X\n&c: %X\n&n: %X\n", &m, &c, &n);
    system("pause");
    return 0;
}

在VS下執行：
&m: DE3384
&c: DE338C
&n: DE3388

可見它們的地址都是4的整數倍，並相互挨著。

經過筆者測試，對於全域性變數，GCC在 Debug 和 Release 模式下都會進行記憶體對齊，而VS只有在 Release 模式下才會進行對齊。而對於區域性變數，GCC和VS都不會進行對齊，不管是Debug模式還是Release模式。
改變對齊方式
記憶體對齊雖然和硬體有關，但是決定對齊方式的是編譯器，如果你的硬體是64位的，卻以32位的方式編譯，那麼還是會按照4個位元組對齊。

對齊方式可以通過編譯器引數修改，以VS2010為例，更改對齊方式的步驟為：專案 --> 屬性 --> C/C++ --> 程式碼生成 --> 結構成員對齊，如下圖所示：

最後需要說明的是：記憶體對齊不是C語言的特性，它屬於計算機的執行原理，C++、Java、Python等其他程式語言同樣也會有記憶體對齊的問題。