前言

    結構體位元組對齊相關的文章網路上有很多，看了其中幾篇寫的不錯的之後，做了一點總結，僅供自己日後回憶，請網友忽略。看過眾多關於位元組對齊的博文中，寫的我認為比較好的是實驗室蘇同學(ACM大神)寫的http://c4fun.cn/blog/2014/01/11/struct-alignment/，本文有部分內容摘自這篇部落格。另外Wiki上面的位元組對齊講的非常好，雖然是英文的。位元組對齊的目的很簡單，就是提高CPU讀取的效率。例如，32位機，CPU一次可以讀32位，那麼一個4位元組的資料的起始地址剛好在4的倍數上，那麼CPU一次就可以讀完，否則，CPU要讀取兩次。

記憶體對齊方法：

1、確定位元組對齊值

1）基本資料自身對齊值:基本資料型別的自身對齊值，一般由編譯器及系統決定;
2）結構體自身對齊值:取決於結構體成員中自身對齊值的最大值;
3）指定對齊值:通過#pragma pack(n)巨集指定的對齊值;
4）有效對齊值:取決於自身對齊值和指定對齊值中的較小值。

Wiki上32位系統的位元組對齊值。

• A char (one byte) will be 1-byte aligned.
• A short (two bytes) will be 2-byte aligned.
• An int (four bytes) will be 4-byte aligned.
• A long (four bytes) will be 4-byte aligned.
• A float (four bytes) will be 4-byte aligned.
• A double (eight bytes) will be 8-byte aligned on Windows and 4-byte aligned on Linux (8-byte with -malign-double compile time option).
• A long long (eight bytes) will be 8-byte aligned.
• A long double (ten bytes with C++Builder and DMC, eight bytes with Visual C++, twelve bytes with GCC) will be 8-byte aligned with C++Builder, 2-byte aligned with DMC, 8-byte aligned with Visual C++ and 4-byte aligned with GCC.
• Any pointer (four bytes) will be 4-byte aligned. (e.g.: char*, int*)

The only notable difference in alignment for a 64-bit system when compared to a 32-bit system is:

• A long (eight bytes) will be 8-byte aligned.
• A double (eight bytes) will be 8-byte aligned.
• A long double (eight bytes with Visual C++, sixteen bytes with GCC) will be 8-byte aligned with Visual C++ and 16-byte aligned with GCC.
• Any pointer (eight bytes) will be 8-byte aligned.

值得注意的是：

    如果用#pragma pack(n)指定對齊值的話，真正的位元組對齊值會取min(n,型別本身的對齊值)。

2.根據對齊值進行對齊

對齊方法遵循下面兩條規則，源自C4FUN博文。(有的博文上是4條規則，化簡了就是這兩條）

1)假設結構體的起始位置為0，結束位置為n，n+1必須是結構體有效對齊值的倍數。(如int型別，假設起始位置為0，結束位置為3，則n+1=4一定為有效對齊值的倍數）

2)假設某成員的起始對齊值是m，m必須是該成員有效對齊值的倍數。

實驗結果

#include <iostream>

typedef struct _C{
    int _int_32;
    char _char_8;
    int* _ptr_64;
    short _short_16;
}C;

typedef struct __C{
    int _int_32;
    char _char_8;
    short _short_16;
    int* _ptr_64;
}C_;

int main(int argc, const char * argv[])
{
    std::cout <<"sizeof int ="<<sizeof(int)<<std::endl;
    std::cout <<"sizeof char ="<<sizeof(char)<<std::endl;
    std::cout <<"sizeof int*(pointer) ="<<sizeof(int*)<<std::endl;
    std::cout <<"sizeof short ="<<sizeof(short)<<std::endl;
    std::cout <<"sizeof _C ="<<sizeof(C)<<std::endl;
    std::cout <<"sizeof __C ="<<sizeof(C_)<<std::endl;
    return 0;
}

sizeof int =4

sizeof char =1

sizeof int*(pointer) =8

sizeof short =2

sizeof _C =24

sizeof __C =16

    從輸出結果可以看出，第一個結構體的size為24位元組，第二個位16位元組。

分析結構體_C的記憶體佈局：

而結構體__C的記憶體佈局：

    結構體_C中為了為了滿足規則1，在地址5-7位置處填補了3個padding位元組。為了滿足規則2，在地址18-24處，填補了6個位元組的padding。而結構體__C中，將short的編排順序改變之後，剛好滿足了規則2。所以節省了8個位元組。可見，有效的利用變數編排順序，可以達到優化程式效能、縮小程式記憶體佔用的目的，以後寫結構體的時候不能隨意編排順序，應按照位元組對齊的規則，以最節省空間的方式編排。