C/C++结构体和类中的内存对齐

在对结构体或者类进行 sizeof 的时候，其涉及到内存对齐的相关规则。了解内存对齐的规则，我们便可以通过指针去访问类或结构体中的成员（对于我们理解结构体和类的内存布局以及指针的用法有极大好处）。

先来看一个例子：

typedef struct {
int a;
double c;
short b;
}S_A;

typedef struct {
int a;
short b;
double c;
}S_B;

sizeof(S_A) = ?   sizeof(S_B) = ? 想一想这个问题？

答案是sizeof(S_A) = 24，   sizeof(S_B) = 16。这是非常简单的一个例子，体现了结构体的内存对齐规则。

在结构体中，从结构体的首地址开始，定义偏移量0。

对于结构体S_B，a的偏移量为0，占4个字节(0 - 3)，b的偏移量为4，占2个字节(4 - 5)，c的偏移量为8，占8个字节(8 - 15)。

对于结构体S_A，a的偏移量为0，占4个字节(0 - 3)，c的偏移量为8，占8个字节(8 - 15)，b的偏移量为16，占2个字节(16 - 17)。

这就是内存对齐，对齐规则是按照成员的声明顺序，依次安排内存，其偏移量为成员大小的整数倍，0看做任何成员的整数倍，最后结构体的大小为最大成员的整数倍（所以这里的S_A的大小是24，而不是18）。

另外对于一些特殊的成员，比如结构体嵌套或者数组，看下面例子。

#include <stdio.h>
#include <iostream>

#define OBJOFF(obj,member) (((char*)&obj.member) - ((char*)&obj))

typedef struct {
char d;
int c;
int a;
}S_A;

typedef struct
{
char x;
S_A sa;
int i;
}S_B;

int main(void)
{
std::cout << sizeof(S_B) << std::endl;

S_B s;
std::cout << OBJOFF(s, x) << std::endl;
std::cout << OBJOFF(s, i) << std::endl;
std::cout << OBJOFF(s, sa) << std::endl;

return 0;
}

输出sizeof(S_B) = 20。 对于结构体中嵌套了其他结构体时在进行内存对齐的时候，嵌套结构体的对齐值为嵌套结构体中最大成员（这里的int c）的整数倍，意思是成员结构体的开始（这里的char d）偏移量是嵌套结构体最大成员（这里的int c）大小的整数倍。

这里有个对齐值的概念，一般都有一个默认的对齐值8，对齐值可以使用#pragram pack (X)   将对齐值修改为X，一般进行对齐的时候会使用MIN(数据成员大小，默认对齐值)进行对齐。对于嵌套结构体，嵌套结构体进行对齐的时候，首个嵌套结构体的成员将按照嵌套结构体的对齐值（MIN(数据成员大小，默认对齐值)）进行对齐。

S_B的内存布局如下：



对于包含数组的情况，如果是基本数据类型的话，就相当于声明了多个连续的相同类型的成员，如果是结构体数组的话，也可以看做连续声明的成员，不同的是结构体成员与其他成员是隔离开来的（见上一段文字）。例子如下：

typedef struct {
char d;
double c;
int a;
}S_A;

typedef struct
{
char x;
S_A sa[2];
int i;
}S_B;

其中S_B的内存布局应该是这样的：



接下来再来说说类中的内存对齐。

类的内存对齐和结构体的内存对齐类似，不过需要注意的是，类中如果出现静态成员变量，静态成员变量的大小是不会计入到类的大小中的，普通函数也不会对类大小有影响。如果是虚函数的话，在类的内存中首先会存虚函数表的指针，这些知识可以去找找其他资料，推荐去看看陈皓的C++ 虚函数表解析，写得非常详细。

我是一名刚进入大三的学生，文笔也不太行。写的不太清楚的地方请见谅，如有错误，欢迎指正。