【详解】结构体的内存对齐（每步配图）

目录

引言：

为什么存在结构体内存对齐?

结构体内存对齐规则：

练习一：

测试代码：

结果如下：

第二个练习：结构体的嵌套问题

测试代码：

代码结果如下：

两个关于结构体的易错点：

第一个易错点：

第二个易错点：结构的?引?

解决方法：

结语：

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引言：

今天我们就要来学习一下考试经常考察的结构体内存对齐问题，相信有很多同学都被这个问题恶心过🤢，不过没有关系今天我会给你们讲清楚的，请各位系好安全带，我们要开始出发啦😃

为什么存在结构体内存对齐?

大部分的参考资料都是这样说的：

1. 平台原因 (移植原因)：

不是所有的硬件平台都能访问任意地址上的任意数据的；某些硬件平台只能在某些地址处取某些特定类型的数据，否则抛出硬件异常。

2. 性能原因：

数据结构(尤其是栈)应该尽可能地在自然边界上对齐。原因在于，为了访问未对齐的内存，处理器需要作两次内存访问；而对齐的内存访问仅需要?次访问。假设一个处理器总是从内存中取8个字节，则地址必须是8的倍数。如果我们能保证将所有的double类型的数据的地址都对齐成8的倍数，那么就可以用一个内存操作来读或者写值了。否则，我们可能需要执行两次内存访问，因为对象可能被分放在两个8字节内存块中。

总体来说：结构体的内存对齐是拿空间来换取时间的做法。?

介绍完原因后，接下来是结构体内存对齐的规则（重中之重，这里一定要弄懂啊！！！）

结构体内存对齐规则：

1.结构体的第?个成员对?到和结构体变量起始位置偏移量为0的地址处

2. 其他成员变量要对?到某个数字（对?数）的整数倍（0，1，2...）的地址处。

对?数=编译器默认的?个对?数与该成员变量??的较?值。

- VS 中默认的值为 8

- Linux中 gcc 没有默认对?数，对?数就是成员??的??

3. 结构体总??为最?对?数（结构体中每个成员变量都有?个对?数，所有对?数中最?的）的整数倍。

4. 如果嵌套了结构体的情况，嵌套的结构体成员对?到??的成员中最?对?数的整数倍处，结构体的整体??就是所有最?对?数（含嵌套结构体中成员的对?数）的整数倍。?

接下来为了帮助大家理解下面我给出几个实例大家可以自己手算

练习一：

因为c1是char类型1个字符，系统给的对齐数为8，和1相比取小的，c1的对齐数为min（1，8）所以在哪开始都可以，i是int类型4个字节要从它的整数倍开始，所以只能从min（4，8）开始，c2在哪都可以开始，最后不要忘了第三点结构体总??为最?对?数（结构体中每个成员变量都有?个对?数，所有对?数中最?的）的整数倍。这里特别注意是总大小，不是最大下标，是最大下标加一。故最后下标到11位置，图解如下：

c1用蓝色表示，浪费的地址为白色，i为红色，c2为绿色

测试代码：

#define  _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <stdbool.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
struct S1
{
	char c1;
	int i;
	char c2;
};
int main()
{
	int t = sizeof(struct S1);
	printf("%d", t);
}

结果如下：

第二个练习：结构体的嵌套问题

解决这个问题后，大家结构体内存对齐问题就没有问题啦，大家快快算算看🙌

//练习2-结构体嵌套问题
struct S3
{
?? ?double d;
?? ?char c;
?? ?int i;
};
struct S4
{
?? ?char c1;
?? ?struct S3 s3;
?? ?double d;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S4));

解释如下：c1跳过，既然要计算s3，那么我们就要返回S3中，先算s3的内存占多大，d为double类型8个字节min（8，8），0是8的整数倍，c随便，i对齐数为min（4，8），9不是4的倍数，故跳到12，最后算下来s3占的字节数为16图解如下。

计算完s3，我们终于可以计算s4了，s3的填入看看我们对齐规则的第四点：4. 如果嵌套了结构体的情况，嵌套的结构体成员对?到??的成员中最?对?数的整数倍处，结构体的整体??就是所有最?对?数（含嵌套结构体中成员的对?数）的整数倍。在本题结构体成员的成员中最大对齐数为d的8，故s3的对齐数为8，d为min（8，8），最后别忘了，第三点：3. 结构体总??为最?对?数（结构体中每个成员变量都有?个对?数，所有对齐数中最?的）的整数倍。

总图解如下：（c1蓝色，s3绿色，d红色，白色为浪费空间）

测试代码：

#define  _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <stdbool.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
//练习4-结构体嵌套问题
struct S3
{
	double d;
	char c;
	int i;
};
struct S4
{
	char c1;
	struct S3 s3;
	double d;
};
int main()
{
	printf("%d\n", sizeof(struct S4));
	return 0;
}

代码结果如下：

补充一个小知识：编译器的默认对齐数是可以自己修改的，c语言就是这么霸道

#pragma这个预处理指令，可以修改编译器的默认对齐数。用法如下：要加一个pack（）

#define  _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <stdbool.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#pragma pack(1)//设置默认对?数为1
struct S
{
	char c1;
	int i;
	char c2;
};
#pragma pack()//取消设置的对?数，还原为默认
int main()
{
	//输出的结果是什么？
	printf("%d\n", sizeof(struct S));
	return 0;
}

到这我就已经把结构体的对齐给你讲清楚了（大家一定要自己算算），考试遇到直接给它喵了！！！

两个关于结构体的易错点：

关于结构体为了防止大家出错，这里我给大家总结出来两个易错点供大家参考，大家看看自己有没有遇到这些情况，遇到了又该如何解决呢？下面我将带大家避免掉入这些坑。

第一个易错点：

大家先看看下面这个代码合不合法

struct
{
	int a;
	char b;
	float c;
}x;
struct
{
	int a;
	char b;
	float c;
}a[20], * p;
//下面这个合法吗
*p = x;

我们可以看到这是因为没有给结构体命名导致的争议，其实这是非法的，因为这两个结构体是不同的🙅?，也就是说这两个结构体不是同一个类型的，所以匿名的结构体类型，如果没有对结构体类型重命名的话，基本上只能使用一次。

第二个易错点：结构的?引?

下面这个代码合法吗？🐱?🏍

如果正确的话那么sizeof（struct Node）的值是多少？

很明显这是非法的，因为这样sizeof（struct Node）的值是无穷的，就好像递归没有出口一样

正确引用如下：

我们可以看到这就是类似链表洛

struct Node
{
?? ?int data;
?? ?struct Node* next;
};

解决方法：

定义结构体不要使用匿名结构体了（好习惯要记住哟！！！）

结语：

其实写博客不仅仅是为了教大家，同时这也有利于我巩固自己的知识点，和一个学习的总结，由于作者水平有限，对文章有任何问题的还请指出，接受大家的批评，让我改进，如果大家有所收获的话还请不要吝啬你们的点赞收藏和关注，这可以激励我写出更加优秀的文章。