C语言结构体的内存对齐问题
在C语言开发当中会遇到这样的情况：
1 #include <stdio.h> 2 3 struct test { 4 int a; 5 char b; 6 }; 7 8 int main(int argc, const char * argv[]) 9 { 10 printf("%lu\n", sizeof(struct test)); 11 return 0; 12 }
sizeof操作输出的结果是8，可是int和char类型的长度加起来只有5，那么为什么输出了8呢？
这就牵扯到结构体的内存对齐问题，事实上，结构体中的变量在内存当中并不是以一种连续紧凑的方式存储的。
上面这个例子是一种最简单的情况，来看一下它的内存排布：
| 0x0 | 0x1 | 0x2 | 0x3 | 0x4 | 0x5 | 0x6 | 0x7 | 0x8 | 0x9 | 0xA | 0xB | 0xC | 0xD | 0xE | 0xF | |
| 0x10 | a | b | 空位 | |||||||||||||
| 0x20 | ||||||||||||||||
可见，从0x15到0x18都是空位，为什么要这样存储呢？因为计算机字长为4，处理结构体变量时，需要一次读入32位，也就是4个字节，那么假定两个结构体变量a和b，a从0x10开始，b从0x15开始的话，则需要两次寻址，第一次是读出0x14到0x17，取出后三位，第二次是从0x18到0x1B，取出第一位，然后做位运算，由于变量处理很频繁，这样就增加了性能的开销，那么只能采取用空间换时间的策略了。
假设有两个结构体变量，那么内存排布是这样的：
| 0x0 | 0x1 | 0x2 | 0x3 | 0x4 | 0x5 | 0x6 | 0x7 | 0x8 | 0x9 | 0xA | 0xB | 0xC | 0xD | 0xE | 0xF | |
| 0x10 | a | b | 空位 | a | b | 空位 | ||||||||||
| 0x20 | ||||||||||||||||
这便是内存对齐的第一个方面——结构体的末尾如果没有对齐，则会留出空位来，为排在它前后的变量提供寻址上的便利。
事实上，结构体的大小，必然是其中占用空间最大的类型的长度的整数倍。
接下来改变一下我们的结构体：
1 struct test { 2 char b; 3 int a; 4 };
它的长度同样是8，内存排布如下：
| 0x0 | 0x1 | 0x2 | 0x3 | 0x4 | 0x5 | 0x6 | 0x7 | 0x8 | 0x9 | 0xA | 0xB | 0xC | 0xD | 0xE | 0xF | |
| 0x10 | b | 空位 | a | |||||||||||||
| 0x20 | ||||||||||||||||
同样基于上面提到的原因，如果将a放在0x11的位置，需要两次寻址。那么，结构体内存排列的一个重要原则就是要得到最少的寻址次数，显然，为了方便找到int型的a，需要在b后面空出3个字节的空间来。
下面举一个稍微复杂一点的例子：
1 struct test { 2 char a; 3 int b; 4 char c; 5 char d; 6 double e; 7 char f; 8 };
它的长度是32，看一下内存排列：
| 0x0 | 0x1 | 0x2 | 0x3 | 0x4 | 0x5 | 0x6 | 0x7 | 0x8 | 0x9 | 0xA | 0xB | 0xC | 0xD | 0xE | 0xF | |
| 0x10 | a | 空位 | b | c | d | 空位 | ||||||||||
| 0x20 | e | f | 空位 | |||||||||||||
为了让变量b寻址方便，在a的后面空出了3个字节，而c和d无论如何都要寻址一次，所以顺序排下去就可以了，而e长度为8，按说可以从0x1C开始排，但是这里需要和类型本身的长度8进行对齐，则排在了0x20的位置，于是乎d的后面又空出了6个字节的空间，最后f排在e的后面，之后为了结构体本身和最长类型的长度8对齐，后面又留出了7个字节的空位。
显而易见结构体当中变量的顺序是会影响存储空间的，在设计结构体的时候需要进行优化，比如将上面的结构体改写成下面的形式可以节省空间：
1 struct test { 2 char a; 3 char c; 4 char d; 5 char f; 6 int b; 7 double e; 8 };
这种排列只占用16字节，内存如下：
| 0x0 | 0x1 | 0x2 | 0x3 | 0x4 | 0x5 | 0x6 | 0x7 | 0x8 | 0x9 | 0xA | 0xB | 0xC | 0xD | 0xE | 0xF | |
| 0x10 | a | c | d | f | b | e | ||||||||||
| 0x20 | ||||||||||||||||
可见，内存对齐是一种空间换时间的手段，当然，为了节约内存，可以通过如下代码令结构体紧凑排列：
1 #pragma pack(1)
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