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一、内存对齐原因
我们知道内存的最小单元是一个字节，当cpu从内存中读取数据的时候，是一个一个字节读取，所以内存对我们应该是入下图这样：
但是实际上cpu将内存当成多个块，每次从内存中读取一个块，这个块的大小可能是2、4、8、16等。
那么下面，我们来分析下非内存对齐和内存对齐的优缺点在哪？
内存对齐是操作系统为了提高访问内存的策略。操作系统在访问内存的时候，每次读取一定长度(这个长度是操作系统默认的对齐数，或者默认对齐数的整数倍)。如果没有对齐，为了访问一个变量可能产生二次访问。
- 至此大家应该能够简单明白，为什么要简单内存对齐？
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二、如何内存对齐
- 对于标准数据类型，它的地址只要是它的长度的整数倍。
- 对于非标准数据类型，比如结构体，要遵循一下对齐原则：
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1. 数组成员对齐规则。第一个数组成员应该放在offset为0的地方，以后每个数组成员应该放在offset： min（当前成员的大小，#pargama pack(n)）整数倍的地方开始，win#pargama pack(n)默认为8 （比如int在32位机器为４字节，#pargama pack(2)，那么从2的倍数地方开始存储）。
2. 结构体总的大小，也就是sizeof的结果，必须是min（结构体内部最大成员，#pargama pack(n)）的整数倍，不足要补齐。
3. 结构体做为成员的对齐规则。如果一个结构体B里嵌套另一个结构体A,还是以最大成员类型的大小对齐： min{ 结构体A的起点为A内部最大成员，#pargama pack(n) } （struct B里存有struct A，A里有char，int，double等成员，那A应该从8的整数倍开始存储。），结构体A中的成员的对齐规则仍满足原则1、原则2。 |
手动设置对齐模数:
显示当前packing alignment的字节数，以warning message的形式被显示。
将当前指定的packing alignment数组进行压栈操作，这里的栈是the internal compiler stack,同事设置当前的packing alignment为n；如果n没有指定，则将当前的packing alignment数组压栈。
从internal compiler stack中删除最顶端的reaord; 如果没有指定n,则当前栈顶record即为新的packing alignement数值；如果指定了n，则n成为新的packing alignment值
指定packing的数值，以字节为单位，，合法的数值分别是1,2,4,8,16。 |
Linux 默认#pragma pack(4)
window 默认#pragma pack(8)
内存对齐总结：
第一个属性开始 从0开始计算偏移量。
第二个和之后属性要放在 该属性的大小 与 对齐模数比 取小的值的 整数倍上。
当所有属性都计算完毕后，整体做二次偏移，
将上面计算的结果 扩充到 这个结构体中最大数据类型 与对齐模数 比 取小的值 的整数倍。
三、内存对齐案例
所以案例均是 WIN 64位机上运行。
3.1 对齐模数：8
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#pragma pack(8)
typedef struct _STUDENT{ int a; char b; double c; float d; }Student;
typedef struct _STUDENT2{ char a; Student b; double c; }Student2;
void test01(){
//Student int a; 0~3 char b; 4~7 （4的由来：min{（char 字节数）1,（对齐模数）8} float b的开始地址是1的整数倍） double c; 8~15 （8的由来：min{（double 字节数）8,（对齐模数）8} double c的开始地址本是8的整数倍，所以c就从8开始，就可以推出 char b 所占字节数是4~7 ） float d; 16~20 （16的由来：min{（float 字节数）8,（对齐模数）8} float d的开始地址是8的整数倍）
二次偏移：将上面计算的结果 扩充到min{（结构体中最大数据类型）8，（对齐模数）8} 既为8的整数倍，最后结果是24
printf("sizeof Student:%d\n",sizeof(Student)); //Student2
//a从偏移量为0位置开始 char a; 0~7 （7的由来：由Student b结构决定） Student b; 8~31 （8的由来：min{（结构体Student 的起点为Student 内部最大成员）8，（对齐模数）8 }的倍数，就是8，就可以推出char a所占位置为0~7。） double c; 32~39 （32由来：min{（double 字节数）8,（对齐模数）8} double c 的开始地址是8的整数倍，之前我们算出Student b占24字节，所以8~31都是Student b占的，所以才是32）
二次偏移：将上面计算的结果 扩充到min{（结构体中最大数据类型）8，（对齐模数）8} 既为8的整数倍，最后结果是40 printf("sizeof Student2:%d\n", sizeof(Student2)); } |
3.2 对齐模数：4
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#pragma pack(4)
typedef struct _STUDENT{ int a; char b; double c; float d; }Student;
typedef struct _STUDENT2{ char a; Student b; double c; }Student2;
void test01(){
//Student int a; 0~3 char b; 4~7 （4的由来：min{（char 字节数）1,（对齐模数）4} float b的开始地址是1的整数倍） double c; 8~15 （8的由来：min{（double 字节数）8,（对齐模数）4} double c的开始地址本是4的整数倍，但是4是被b站了，所以是4的最小倍数8，所以c就从8开始。就可以推出 char b 所占字节数是4~7 ） float d; 16~19 （16的由来：min{（float 字节数）8,（对齐模数）4} float d的开始地址是4的整数倍）
二次偏移：将上面计算的结果 扩充到min{（结构体中最大数据类型）8，（对齐模数）4} 既为4的整数倍，最后结果是20 printf("sizeof Student:%d\n",sizeof(Student));
//Student2 //a从偏移量为0位置开始 char a; 0~3 （3的由来：由Student b结构决定） Student b; 4~23 （4的由来：min{（结构体Student 的起点为Student 内部最大成员）8，（对齐模数）4 }的倍数，就是4，就可以推出char a所占位置为0~3。） double c; 24~31 （32由来：min{（double 字节数）8,（对齐模数）8} double c 的开始地址是8的整数倍，之前我们算出Student b占24字节，所以8~31都是Student b占的，所以才是32）
二次偏移：将上面计算的结果 扩充到min{（结构体中最大数据类型）8，（对齐模数）8} 既为8的整数倍，最后结果是32 printf("sizeof Student2:%d\n", sizeof(Student2)); } |
3.3 实践说明
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <stddef.h>
#pragma pack(16) // 16 8 4 2 1
struct Student
{
int a;
char b;
double c;
float d;
};
struct Student2
{
char a;
struct Student b;
double c;
};
void test()
{
printf("#pragma pack(16)\n");
printf("%d\n", offsetof(struct Student2, a));
printf("%d\n", offsetof(struct Student2, b));
printf("%d\n", offsetof(struct Student2, c));
printf("%d",sizeof(struct Student2));
}
结果：
带结构体的内存对齐：
| 对齐模数： | 16 | 8 | 4 | 2 | 1 |
| char a; | 0~7 | 0~7 | 0~3 | 0~1 | 0 |
| Student b; | 8~31 | 8~31 | 4~23 | 2~19 | 1~17 |
| double c; | 32~39 | 32~39 | 24~31 | 20~27 | 18~25 |
| 总大小： | 40 | 40 | 32 | 28 | 26 |
四、32位机和64位机内存对齐的区别
| 32位 | 64位 |
| sizeof(char):1 sizeof(short):2 sizeof(int):4 sizeof(long):4 sizeof(long long):8 sizeof(unsigned int):4 sizeof(float):4 sizeof(double):8 sizeof(pointer):4 |
sizeof(char):1 sizeof(short):2 sizeof(int):4 sizeof(long):4 sizeof(long long):8 sizeof(unsigned int):4 sizeof(float):4 sizeof(double):8 sizeof(pointer):8 |
32位和64位系统在Windows下基本数据类型的大小都是一样的。只有指针的大小不一样！
32位指针大小为4byte，而64位的指针大小为8byte。
在内存对齐的规则上64位和32位机规则是一样的，只是有些数据结构和指针在64位和32位机所占大小不一样从而导致内存对齐后整体大小不一样