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内存对齐

内存对齐是 编译器自动安排结构体成员在内存中的存放位置，并且在成员之间、结构体末尾自动插入填充字节（padding），让每个成员的起始地址满足特定倍数要求

规则

1. 第⼀个成员在与结构体偏移量为0的地址处。
2. 其他成员变量要对⻬到对⻬数（对⻬数 = 编译器默认的⼀个对⻬数与该成员⼤⼩的较⼩值）的整数倍的地址处。
3. 如果结构体里面嵌套另一个结构体，内部结构体的对齐单位 = 内部结构体最大基础成员的大小。
4. 结构体最后的总大小，必须是整个结构体最大基础成员大小的整数倍。成员排完不够倍数，在结构体末尾补 padding。
5. 在 vs 中，默认对齐数是 8。

例子

以下例子在 vs 2022 编译器下执行：

structA{inta;charb;charc;};structB{charb;inta;charc;};printf("%zu\n",sizeof(A));// 结果为 8printf("%zu\n",sizeof(B));// 结果为 12

结构体 A 和 B 拥有完全相同的成员变量，但是计算出来的内存大小却不同。
分析：

• A 和 B 的成员变量类型为 int（4字节），char （1字节），4 > 1 ,故最大成员的大小为4字节;
• vs 默认对齐数为 8 字节，8 > 4 ,故结构体的对齐数为4字节;
• 结构体 A中，成员 a 为 int ，占用地址偏移量从 0 到 3，成员 b 为 char，占用地址偏移量 为 4，同理成员 c 为 5，为了符合对齐数 4字节的整数倍，结构体末尾补上 2字节，则整个结构体的偏移量为 0 到 7 共 8 字节;

// 示意图01234567a a a a b c \ \

• 结构体 B中，成员 b 为 char ，占用地址偏移量为 0 ，成员 a 为 int，为了对⻬到对⻬数⼤⼩的整数倍的地址处，b 后面补上 3字节，则 a 占用地址偏移量 为 4 到 7，同理得成员 c 为 8，为了符合对齐数 4字节的整数倍，结构体末尾补上 3字节，则整个结构体的偏移量为 0 到 11 共 12 字节;

// 示意图01234567891011b \ \ \ a a a a c \ \ \

为什么要有内存对齐

内存对齐的出现是为了适配CPU的访问规则，提升内存读写效率。CPU访问内存不是单字节读取的，而是按照固定块（2/4/8 字节，叫访问粒度）读取。
比如CPU一次性读取 4字节时，如果我们没有内存对齐规则地去访问结构体：

structA{charb;inta;charc;};// 假设没有内存对齐的示意图01234567b a a a a c

这里成员 a 跨了两个内存块，CPU 就需要读两次内存，再拼接、裁剪，速度变慢。

内存对齐好处和坏处

• 好处：CPU 读写更快，兼容更多硬件。
• 坏处：填充字节 padding，结构体占用内存变大。
  内存对齐是空间换时间的典型例子。