結構體內存對齊

爲何會出現內存對齊？

    由於當CPU訪問內存對齊的數據時，它的運行效率是很是高的。當CPU試圖讀取的數值沒有正確的對齊時，CPU能夠執行兩種操做之一：產生一個異常條件；執行屢次對齊的內存訪問，以便讀取完整的未對齊數據，若屢次執行內存訪問，應用程序的運行速度就會慢。因此計算機採用內存對齊的方式來存儲數據。

這是高效編程一種很重要的思想：以空間換時間

關於結構體內存對齊（沒有指定#pragma pack宏的狀況）：

規則1：數據成員對齊規則：結構體的數據成員，第一個數據成員放在offset（偏移量）爲0的地方，之後每一個數據成員存儲的起始位置要從該成員大小的整數倍開始（好比int在32位機爲４字節，則要從4的整數倍地址開始存儲）。

規則2：結構體做爲成員：若是一個結構裏有某些結構體成員，則結構體成員要從其內部最大元素大小的整數倍地址開始存儲。（struct a裏存有struct b，b裏有char，int，double等元素，那b應該從8的整數倍開始存儲。）

規則3：收尾工做：結構體的總大小，也就是sizeof的結果，必須是其內部最大成員的整數倍，不足的要補齊。

看下面這個例子：

void Test1()
{
	struct A
	{
		int a;		//0-3
		double d;	//4-11
		char c;	//12
	};
	cout<<"sizeof（A）= "<<sizeof(A)<<endl;
}

先看規則1：第一個成員放在offset爲0的位置，a（0-3），第二個數據d起始位置爲第一個成員大小的整數倍開始，因此從4開始，double佔8個字節，因此d存放位置offset爲：（4-11），接下來的成員c，第一個成員整數倍爲它的起始位置，因此起始位置offset爲：（12），因此c存放位置（12），這就將數據按內存對齊方式存好了，可是結構體A的大小是多少呢？還要使用規則3：是結構體內部所佔字節最大的成員的最小整數倍。，最大成員是d（佔8個字節），因此sizeof（A） =  24，結果顯示：

再看下面這個例子：

void Test2()
{
	struct B
	{
		int a;		//0-3
		char c;	//4
		double d;	//8-15
	};
	cout<<"sizeof(B) = "<<sizeof(B)<<endl;
}

仍是先看規則1：第一個成員放在offset爲0的位置，a（0-3），第二個數據d起始位置爲第一個成員大小的整數倍開始，因此從4開始，char佔一個字節，因此成員c存放位置offset爲：（4），第三個數據成員起始位置依舊爲第一個成員大小的整數倍，起始位置offset爲（8），double所佔字節爲（8），因此d存放位置offset（8-15），再看規則3：結構體總大小，是結構體內部所佔字節最大的成員的最小整數倍。最大成員爲d，d佔8個字節，因此sizeof（B） = 16，顯示結果：

看這個例子：

void Test3()
{
	struct C
	{};
	cout<<"sizeof(C) = "<<sizeof(C)<<endl;
}//[cpp]

class D
{};

void Test4()
{
        cout<<"sizeof(D) = "<<sizeof(D)<<endl;
}

這個大小又是多少呢？哈哈..

由於在C++標準中規定：任何不一樣的對象不能擁有相同的內存地址。若是空類大小爲0，若咱們聲明一個這個類的對象數組，那麼數組中的每一個對象都擁有了相同的地址，這顯然是違背標準的。

這時編譯器就會加一個字節來區別，因此sizeof（C） = 1，sizeof（D） = 1，顯示結果：

總結一下：當結構體中沒有嵌套時，只須要使用規則1和規則3就能夠計算出結構體大小。

再來看下面這個例子：

void Test5()
{
	struct A
	{
		int a;		//0-3
		char c;		//4
		double d;       //8-15
	};//0-15
	struct B
	{
		A a;		//0-15
		int b;		//16-19
		double c;	//20-27
	};//0-31
	cout<<"sizeof(B) = "<<sizeof(B)<<endl;
}

仍是先來看規則1來計算出結構體A的大小爲16，在結構體B中，a的大小爲16，結構體嵌套時就要運用規則2：結構體a的起始位置offset爲結構體A中最大成員的整數倍，因此在結構體B中成員a的起始位置offset爲：（0），所佔大小爲16，因此存放位置offset爲（0-15）,而B的數據成員依舊按照規則1進行存儲：因此b的起始位置offset爲（16），存放位置offset爲（16-19），B中成員c的起始位置offset爲（20），存放位置offset爲（20-27），再依據規則3，結構B的總大小爲，結構體B中結構體內部所佔字節最大的成員的最小整數倍，不足的要補齊offset（28-31），因此sizeof（B） =  32，結構顯示：

總結一下：當出現結構體嵌套時，首先依據規則1，計算出嵌套的結構體大小，再根據規則2，肯定嵌套的結構體存儲的起始位置offset，再依據規則1，肯定其其餘成員的存儲位置，最後依據規則3，肯定結構體其大小。

當指定了#pragma back宏時

看下面這個例子：

#pragma pack(4)   //指定默認最大對齊數爲4
void Test6()
{
	struct A
	{
		char c1;    //0
		int i;      //4-7
		double d;   //8-15
		char c2;    //16
	};
	cout<<"sizeof(A) = "<<sizeof(A)<<endl;
}

當沒有指定#pragma back宏時，依據規則1和規則3，sizeof（A） =  24，有了默認最大對齊數，規則3就不在適用了，應該改成指定最大默認對齊數的最小整數倍，因此sizeof（A） = 20。顯示結果：

那麼再來看下面這個例子：

#pragma pack(4)
void Test7()
{
	struct A
	{
		char arr[7];
		short s;
	};
	cout<<"sizeof(A) = "<<sizeof(A)<<endl;;
}

因爲有了上面的Test6（），就能夠知道：sizeof（A） = 12，顯示結果：

爲何是10，瞬間懵逼...

由於結構體A中最大對齊數比默認對齊數小，因此使用規則3時，就使用結構體中的最大對齊數。

總結一下：當有指定默認對齊數時，就要分狀況考慮了。

    若是默認對齊數比結構體內部的最大對齊數小，那麼使用規則3時，結構體大小就是默認對齊數的最小整數倍；

    若是默認對齊數比結構體內部的最大對齊數大，就直接使用規則3.