struct union数据对齐和sizeof大小

什么是数据对齐？简单的说就是数据的起始地址必须是对齐值的整数倍。如果对齐值为N,则 起始地址 % N=0。

为什么要数据对齐？为了提高存取变量的效率。字节是内存空间分配的最小单位, 在程序中，我们定义的变量可以放在任何位置。其实不同架构 的CPU在访问特定类型变量时是有规律的,比如有的CPU访问int型变量时，会从偶数地址开始读取的,int类型占用4个字节（windows平台）。 0X0000，0X0004，0X0008…..这样只需要读一次就可以读出Int类型变量的值。相反地，则需要读取二次，再把高低字节相拼才能得到 int类型的值，这样子看的话，存取效率当然提高了。　　

通常写程序的时候，不需要考虑这些情况，编译都会为我们考虑这些情况，除非针对那些特别架构的 CPU编程的时候的则需要考虑 。当然用户也可以手工控制对齐方式。

数据对齐可以分为几种类别：

1 基本数据类型的数据对齐

基本类型的数据对齐值是其本身的大小。

类型	对齐值(字节)
char	1
short	2
int	4
float	4
double	8
指针	4(32位) 8(64位)

2 struct/class的自身对齐值。对于结构体和类的自身对齐值是所有成员中最大的自身对齐值。

结构体和类的对齐规则：先将数据成员对齐，在将结构体和类自身对齐，最终大小与数据成员顺序 有关。

3 union的自身对齐值。union的自身对齐值是所有成员中最大的对齐值。union的对齐规则，只需要union自身对齐，不需要数据成员对齐,最终大小与数据成员顺序无关。

4 指定对齐值。使用#pragma pack(n)指定对齐值为n,使用#pragma pack() 回复默认对齐值。

5 有效对齐值。对于指定了对齐值的代码， 有效对齐值=min(类/结构体/成员的自身对齐值， 指定对齐值)

未指定对齐值时，默认的对齐值一般为8。

有效对齐值决定了数据存放的方式，sizeof运算符是根据有效对齐值计算大小的。

举例分析：

union U1
{
char a[9];
int b;
double c;
};

union U2
{
int b;
char a[9];
double c;
};

union U3
{
double c;
int b;
char a[9];

};

U1,U2,U3的sizeof的值都是16。 union的大小是所有成员中内存最大的大小。所以是9。因为对齐问题，union自身的对齐值是所有成员对齐的最大值 8。所以要填充 9个字节， 最终的大小为16。

从这个例子可以看出：union不需要成员数据对齐， 最终大小与成员的顺序无关。

struct A
{
char a[9];
short b;
int c;
};

struct B
{
short b;
int c;
char a[9];

};

struct C
{
int c;
char a[9];
short b;
};

结果值分别为16 20 16。

先看A，首先是成员的对齐。 a需要9个字节，char的对齐值是2，所以填充1个字节，9 + 1 + 2 = 12 个字节。int的对齐值为4，12 % 4 = 0，所以 大小为 12 + 4 = 16。在看 struct的对齐。struct的对齐值为最大对齐值4。 16 % 4 = 0。 最终大小为16。

在看B，首先是成员的对齐。short需要2字节，int的对齐值为4，所以填充2个字节，2 + 2 + 4 = 8。 char的对齐值为1(与数组无关,不是9)， 8 + 9 = 17。再看struct的对齐值为4，填充3个字节，17 + 3 = 20。

再看C, int 需要4个字节， a 需要9个字节， 4 + 9 = 13。 short需要2个字节， 4 + 9 + 1 + 2 = 16。 再看struct的对齐，对齐值为4， 16 % 4 = 0。 最终结果为4。

从这个例子可以看出：struct需要先对其数据成员，在对其struct本身。最终大小与成员顺序有关。

书写结构体时，建议按照数据类型(对齐值)从小到大书写。

#pragma pack(2)

union U1
{
char a[9];
int b;
double c;
};

union U2
{
int b;
char a[9];
double c;
};

union U3
{
double c;
int b;
char a[9];

};

struct A
{
char a[9];
short b;
int c;
};

struct B
{
short b;
int c;
char a[9];

};

struct C
{
int c;
char a[9];
short b;
};

结果值分别为10 10 10 16 16 16.

先看三个union。大小都为9，成员中最大的对齐值为8，指定的对齐值为2， 有效对齐值为2。union本身对齐值为2。 则 结果为9＋１＝１０。

再看Ａ。ａ需要９个字节，short需要2个字节，填充一个字节，9+1+2= 12。int的对齐值为4，指定为2，有效对齐值为2。 所以 12+4 =16。再看结构体本身，成员最大对齐值为4，指定为2， 有效对齐值为2， 16 % 2 = 0。最终结果为 16。

再看B。short需要2字节，int有效对齐值为2，2 + 4 = 6， char需要9字节， 6+ 9=15。 再看struct本身对齐。有效对齐值为2， 15+ 1 = 16。

再看C。int 占4字节，数组占9字节， 4+ 9 = 13， 填充一个字节， 13+1 + 2 = 16. 再看struct本身对齐。满足要求。最终结果为16。

如果是嵌套的情况呢？

举例分析：

union U
{
char a[9];
int b;
double c;
};

struct A
{
U u;
char a[9];
short b;
int c;
};

struct B
{
short b;
U u;
int c;
char a[9];

};
struct C
{
int c;
char a[9];
short b;
struct A aa;
};

A B C最终大小为：32 40 48;

分析:根据前面的分析，union U的大小为16，对齐值为 8。

A: U大小为16， char数组大小为9， 16 + 9 = 25。填充1个字节，放short， 25 + 1 + 2 = 28。 再放int， 28＋４＝３２。struct本身的对齐值为8， 32 % 8 = 0，满足要求。

B：short占2字节， U占16，最气质为8，所以填充6字节， 2 + 6 + 16 = 24。放int， 24 + 4 = 28。放char数组，28+9=37。 struct本身有效对齐值为8，填充3字节， 37+3 = 40.

C: A的大小为32， 有效对齐值为8。 int 占4字节， char数组占9字节，4 +9=13。填充一个字节，放short，13+1+2 = 16。 放A，16+32 = 48。struct本身对齐也满足。

总结：对于嵌套类型，先按照规则分别计算每个数据成员的大小和对齐值，在考虑结构体本身的对齐。