C语言结构体内存的对齐知识详解

什么是结构体内存对齐？

结构体内存对齐是指编译器为了提高数据存取效率，在变量定义时进行的一种内存填充策略。根据数据类型及所在位置的不同，编译器在结构体内部进行填充，使它的大小为其成员大小的整数倍。

为什么需要结构体内存对齐？

在进行数据传输时，通常以字节为传输单位，如果结构体内存没有按照规定的方式进行对齐，则运行效率将极低，甚至不保证正确传输，另外在x86-64体系架构下，未对齐的数据导致程序异常退出。

结构体内存对齐规则

• 结构体变量的起始地址必须是其内部最大元素大小的整数倍。
• 结构体变量中每个元素被安排到偏移地址为其大小的倍数的位置，如果当前位置不为该元素大小的倍数，必须进行填充。
• 结构体的总大小为结构体最宽基本类型成员大小的整数倍。

示例一

struct S
{
    char a;
    int b;
    char c;
};
printf("%d", sizeof(S)); // 12

对于以上结构体S，起始地址为0x0，可分为3个部分：

• a 的偏移地址为0x0，大小为1个字节；
• b 的偏移地址为0x4，大小为4个字节；
• c 的偏移地址为0x8，大小为1个字节；

因为a和b之间存在3个字节的空隙，所以填充了2个字节，而c后面没有空隙，因此结构体S的大小为12字节。

示例二

struct S
{
    char a;
    double b;
    char c;
};
printf("%d", sizeof(S)); // 16

对于以上结构体S，起始地址为0x0，可分为3个部分：

• a 的偏移地址为0x0，大小为1个字节；
• b 的偏移地址为0x8，大小为8个字节；
• c 的偏移地址为0x10，大小为1个字节；

由于double类型的大小为8个字节，所以a和b之间空出7个字节，而c后面没有空隙，因此结构体S的大小为16字节。

如何优化结构体内存对齐？

1. 可以使用 __attribute__((aligned(n)))，强制指定对齐字节数，如下：

struct S
{
    char a;
    int b;
    char c;
} __attribute__((aligned(4)));
printf("%d", sizeof(S)); // 12

1. 将占用内存空间较大的成员放在结构体的末尾，如下：

struct S
{
    char a;
    char c;
    double b;
};
printf("%d", sizeof(S)); // 16

以上就是结构体内存对齐的详细攻略，希望能对您有所帮助。