C 内存对齐

转载声明：本文是很久以前看到的一片博文，原文地址已无从查证。 

对齐的原因：

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一次访问。

对齐原则：
    (1)整体空间是 占用空间最大的成员（的类型）所占字节数的整倍数
   (2)数据对齐原则----内存按结构成员的先后顺序排列，当排到该成员变量时，其前面已摆放的空间大小必须是该成员类型大小的整倍数，如果不够则补齐，以此向后类推。。。。。
   注意：数组按照单个变量一个一个的摆放，而不是看成整体。如果成员中有自定义的类、结构体，也要注意数组问题。
例：[引用其他帖子的内容]
因为对齐问题使结构体的sizeof变得比较复杂，看下面的例子：(默认对齐方式下)
struct s1
{
char a;
double b;
int c;
char d; 
};

struct s2
{
char a;
char b;
int c;
double d;
};

cout<cout<
同样是两个char类型，一个int类型，一个double类型，但是因为对齐问题，导致他们的大小不同。计算结构体大小可以采用元素摆放法，我举例子说明一下：首先，CPU判断结构体的对界，根据上一节的结论，s1和s2的对界都取最大的元素类型，也就是double类型的对界8。然后开始摆放每个元素。
对于s1，首先把a放到8的对界，假定是0，此时下一个空闲的地址是1，但是下一个元素d是double类型，要放到8的对界上，离1最接近的地址是8了，所以d被放在了8，此时下一个空闲地址变成了16，下一个元素c的对界是4，16可以满足，所以c放在了16，此时下一个空闲地址变成了20，下一个元素d需要对界1，也正好落在对界上，所以d放在了20，结构体在地址21处结束。由于s1的大小需要是8的倍数，所以21-23的空间被保留，s1的大小变成了24。
对于s2，首先把a放到8的对界，假定是0，此时下一个空闲地址是1，下一个元素的对界也是1，所以b摆放在1，下一个空闲地址变成了2；下一个元素c的对界是4，所以取离2最近的地址4摆放c，下一个空闲地址变成了8，下一个元素d的对界是8，所以d摆放在8，所有元素摆放完毕，结构体在15处结束，占用总空间为16，正好是8的倍数。

这里有个陷阱，对于结构体中的结构体成员，不要认为它的对齐方式就是他的大小，看下面的例子：
struct s1
{
char a[8];
};

struct s2
{
double d;
};

struct s3
{
s1 s;
char a;
};

struct s4
{
s2 s;
char a; 
};
cout<cout<cout<cout<s1和s2大小虽然都是8，但是s1的对齐方式是1，s2是8（double），所以在s3和s4中才有这样的差异。
所以，在自己定义结构体的时候，如果空间紧张的话，最好考虑对齐因素来排列结构体里的元素。

补充：不要让double干扰你的位域 
　　在结构体和类中，可以使用位域来规定某个成员所能占用的空间，所以使用位域能在一定程度上节省结构体占用的空间。不过考虑下面的代码： 

struct s1 
{ 
　int i: 8; 
　int j: 4; 
　double b; 
　int a:3; 
}; 

struct s2 
{ 
　int i; 
　int j; 
　double b; 
　int a; 
}; 

struct s3 
{ 
　int i; 
　int j; 
　int a; 
　double b; 
}; 

struct s4 
{ 
　int i: 8; 
　int j: 4; 
　int a:3; 
　double b; 
}; 

cout<cout<cout<cout<　　可以看到，有double存在会干涉到位域（sizeof的算法参考上一节），所以使用位域的的时候，最好把float类型和double类型放在程序的开始或者最后。