struct对齐是一个老话题了，一直都没怎么弄懂，在网上找了很久，看了相关的理论和事例，终于弄明白了。

一、什么是struct对齐。

现代计算机中内存空间都是按照byte划分的，从理论上讲似乎对任何类型的变量的访问可以从任何地址开始，但实际情况是在访问特定类型变量的时候经常在特定的内存地址访问，这就需要各种类型数据按照一定的规则在空间上排列，而不是顺序的一个接一个的排放，这就是对齐。

上面说得很理论，其实，说白了，就是struct的size不是有子变量的size加起来的，而是有一定的规则，这个规则就叫做struct对齐 。

二、为什么要对齐。

对齐的作用和原因：各个硬件平台对存储空间的处理上有很大的不同。一些平台对某些特定类型的数据只能从某些特定地址开始存取。比如有些架构的CPU在访问一个没有进行对齐的变量的时候会发生错误,那么在这种架构下编程必须保证字节对齐.其他平台可能没有这种情况，但是最常见的是如果不按照适合其平台要求对数据存放进行对齐，会在存取效率上带来损失。比如有些平台每次读都是从偶地址开始，如果一个int型（假设为32位系统）如果存放在偶地址开始的地方，那么一个读周期就可以读出这32bit，而如果存放在奇地址开始的地方，就需要2个读周期，并对两次读出的结果的高低字节进行拼凑才能得到该32bit数据。显然在读取效率上下降很多。

用一句简单的话说就是两个原因，第一，适配不同的CPU；第二，加快对数据的读写速度（即用空间换时间）。

三、对齐规则

（1）每个成员分别按自己的对齐字节数和PPB（指定的对齐字节数）两个字节数最小的那个对齐，并能最小化长度。

（2）复杂类型（如结构）的默认对其方式是它最长的成员的对齐方式，这样在成员是复杂类型时，可以最小化长度。

（3）结构体对齐后的长度必须是成员中最大的对齐参数的整数倍，这样在处理数组时可以保证每一项都边界对齐。

PPB（指定的对齐字节数）名字解释：

比如：

      #pragma pack (2)

struct B{ 

  char b; 

  int a; 

  short c;

};

#pragma pack ()

这里的#pragma pack就表示指定对齐字节数，如上面就表示指定了2，而最后一句表示取消指定，采用系统默认的指定对齐数（不同的系统默认不一样，故下面的例子统一采用指定对齐字节数）。

另外，在32位的机器上，各个基本类型的size如下：

char:   1 (有符号无符号同) 

 short:   2 (有符号无符号同) 

 int: 4 (有符号无符号同)

 long: 4 (有符号无符号同)

 float: 4 

 double: 8

指针: 8

下面就不详细说明了。

下面所有的例子都假设存储位置是从0开始的。

四、举例计算

例一、

#pragma pack (2)
struct A
{
     char b;
     int    a;
     short c;
};
#pragma pack ()

可以看出来PPB是2

根据规则（1）b的对齐字节数是min(sizeof(char),PPB)=min(1,2)=1，所以,b所占的存储位置是0；a的对齐字节数是min(4,2)=2，a所占的存储位置是[2,5]，为什么从2开始呢，因为2%min(4,2)==0，而1%min(4,2)不等于0；c的对齐字节数是min(2,2)=2，起所占存储位置是[6,7]。如下：

这样，总大小就是8了。但这没完，我们还要看一下规则（3）.

根据规则（3），struct A字节对齐数最大是2，而8%2==0，故，符合规则（3），sizeof(A)是8。

例二、

#pragma pack (4)
struct B
{
     char b;
     int    a;
     short c;
};
#pragma pack ()

根据规则（1）b的对齐字节数是min(1,4)=1，故占内存位置为[0,0]；a的对齐字节数是min(4,4)=4，故占内存位置是[4,7]；c的对齐字节数是min(2,4)=2，故占内存位置是[8,9]。如下表：

这里，总大小是10，最大对齐字节数是4.所以，根据规则（3），10%4 != 0，需要再加两个字节，即12。所以，最后sizeof(B)=12。

例三、

#pragma pack (4)
struct C
{

     char a;
     struct B t;
     int    b;
     short c;
};
#pragma pack ()

根据规则（1），下面直接列表：

例四、

#pragma pack (4)
struct D{
    char a;
    struct A t;
    int b;
    short c;
};
#pragma pack()

这时候，我们要记住一个原则，在哪个指定区域定义的，struct的指定对齐字节数就是哪个。我们知道，A在指定字节数为2中，根据规则（2），A本身的对齐字节数是4，而且sizeof(A)=8

根据规则（1），下面直接列表：

根据规则（3），最大的对齐字节数是4，而18%4=2，故sizeof(D)=20

例五、

#pragma pack(4)
struct E{
    short u[5];
    int b;
    short c;
};
#pragma pack()

数组，我们可以看作复杂类型，他本身的最齐字节数是单位本身对齐字节数。所以short u[5]本身的字节对齐数是short的字节对齐数2。而sizeof(u)则是10.

根据规则（1），下面直接列表。

例六、

#pragma pack(4)
struct F{
    char a;
    short *pb;
    int b;
    short c;
};
#pragma pack()

根据规则（1），下面直接列表。

根据规则（3），所以sizeof(F)=20

五、意义

1.在编写c程序的时候可以通过改变结构体内变量的顺序或其他来减少存储空间的浪费。

2.凡是c面试几乎都会提到相关的问题，务必掌握！

参考文献：

http://wenku.baidu.com/link?url=NmvW9kvsOjgbHM3oN0jSZle3TkKk3QmOfkEde7SLLTph66icbrrhMZhaTx3lhpx0pmoyi6etP9xkD3KS-wwBYxVeu_EidcweWFob2FRZBPO