C语言字节对齐

什么是字节对齐？

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。

为什么要字节对齐？

字节是否对齐关系到CPU访问数据时的效率问题，假设一个CPU每次总是从内存中取出4个字节，从内存编号为0的地方开始，现在我定义一个char a，定义一个int b，让他们按顺排列在内存中，就是这样的：

char a占用1个字节，int a占用4个字节，CPU每次总是取4个字节，这时我想要取b时，需要先取出0-3，再取出4-7，然后将1-4拼在一起，这样就需要取两次，但是，如果我让char a和int b按照特定的顺序排列：

这样我只需要取一次就能将b取出，提升了CPU的工作效率。

字节对齐的概念和规则

概念：

• 数据类型自身的对齐值：对于char型数据，其自身对齐值为1，对于short型为2，对于int,float类型，其自身对齐值为4，对于double型，其自身对齐值为8（单位字节）。
• 结构体或者类的自身对齐值：其成员中自身对齐值最大的那个值。
• 指定对齐值：#pragma pack (value)时的指定对齐值value。
• 数据成员、结构体和类的有效对齐值：自身对齐值和指定对齐值中小的那个值。

规则：

有效对齐值N是最终用来决定数据存放地址方式的值，最重要。

有效对齐N，就是表示“对齐在N上”，也就是说该数据的"存放起始地址%N=0"。而数据结构中的数据变量都是按定义的先后顺序来排放的。第一个数据变量的起始地址就是数据结构的起始地址。结构体的成员变量要对齐排放，结构体本身也要根据自身的有效对齐值圆整。

举例说明

代码如下

#include <stdio.h>

struct Test
{
	char a;
	int b;
	short c;
};
int main(void)
{
	struct Test t = {'a',1,2};
	printf("%d \n",sizeof(t));
	getchar();
	return 0;
}

如果我们不知道字节对齐规则，那么一定会认为这个结构体的大小是这样的，char类型1个字节，int类型4个字节，short类型2个字节一共7个字节，执行一下看看结果：

执行之后的结果是12，我们先来看一下反汇编代码：

根据反汇编代码我们可以看到a,b,c中的值分别存放在ebp-0ch,ebp-8,ebp-4这三个地方，我们到内存中看一下他们是怎么排列的：

可以看到char占用1个字节，int占用4个字节，short占用2个字节，但是并没有我们想象的那样紧挨着排放，而是有一定的排放规则。这里就体现出了字节对齐，因为我这里是32位的机器，默认是4字节对齐，下面来详细的说一下是怎么排列的：

假设基址为0012FF3C，从偏移地址为0的位置开始存放

• 根据上面的字节对齐规则，a是char类型，自身对齐值就是1字节，b是int类型，自身对齐值是4字节，c是short类型，自身对齐值是2字节
• 结构体的自身对齐值：结构体中自身对齐值最大的那个，根据上面的分析这个结构体的自身对齐值为4字节
• 指定对齐值：因为我们没有指定对齐值，使用的是默认的4字节对齐
• 数据成员有效对齐值：自身对齐值和指定对齐值中小的那个值，a的自身对齐值是1，指定对齐值是4，较小值是1，那么a的对齐值就是1；b的自身对齐值是4，指定对齐值是4，较小值是4，那么a的对齐值就是4；c的自身对齐值是12，指定对齐值是4，较小值是2，那么c的对齐值就是2，假设有一个变量是long类型，那么这个变量的对齐值应该为4.

这样，a占用1个字节，存放在偏移地址为0的内存，0%1=0，没有问题。

b占用4个字节，如果将他挨着变量a存放，也就是存放在偏移地址为1的位置，1%4=1，这样就存在问题了，所以b存放到偏移地址为4的位置，4%4=0。

最后，c占用2个字节，如果将他挨着b存放，也就是存放到偏移地址为8的位置，8%2=0，没有问题，所以c存放到 偏移地址为8的位置，占两个字节。

这样就排列好了，这时，发现a,b,c一共才占用了10个字节，因为结构体还没有根据自身有效对齐值圆整，根据上面的分析，这个结构体的自身对齐值是4，12%4=0，所以结构体会再占用两个字节，10和11，也就是A和B，这样就得出这个结构体的实际大小是12。

当然，除了使用默认的对齐值，我们还可以自己使用#pragma pack (value)指定对齐值：

#include <stdio.h>
#pragma pack (2)

struct Test
{
	char a;
	int b;
	short c;
};
int main(void)
{
	struct Test t = {'a',1,2};
	printf("%d \n",sizeof(t));
	getchar();
	return 0;
}

这将对齐值设置成2，那么a,b,c在内存中的排列方式应该是这样的：

要注意，这里的int b的自身对齐值是4字节，有效对齐值是2字节。