探索结构体的内存对齐

 先上两个简单的结构体，思考：这两个结构体大小是不是一样？

附上：各数据类型的字节长度

运行以下代码，查看打印结果：

这个结果有没有在意料之中，以64位系统为例，struct1存取的字节数: double为8 、char为1、int为4、short为2，这就奇怪了，为什么读取内存不是按字节大小一个个读呢？这样就是8 + 1 + 4 + 2 = 15，这样看来不是更加省内存吗？通过查阅资料发现，处理器一般会以2字节,4字节,8字节,16字节甚至32字节为单位来存取内存。以这个思路重新计算一下，double以8字节存取，char以2字节存取，int以4字节存，short以2字节存，这样就是8 + 2 + 4 +2 = 16，并不是24，反而是struct2的大小。有没有可能计算机有一种策略，为了不在各种字节存取反复横跳，例如一会4字节存取，一会2字节存取，如果这样做会导致计算机开销巨大，是不是他就会定下一种策略，统一一个字节去存取，比如统一使用8字节存取，那么4个类型就是8 * 4 = 32，这里似乎又超过24，那么很可能的是计算机既做到了不用反复横跳的存取，又实现了内存的节省，究竟是怎么回事呢？

猜测1：结构体是不是将第一个成员变量作为首地址先存取了，然后后续的成员，再按谁最大，就以多少字节存取？那么来算一下：

double ： 8   ，后面3个成员分别是 char int short , int占4个字节，所以后面以4字节读取，则通过计算得出

8 + 4 + 4 + 4 = 20 ，还是不对。

猜测2：第一个成员变量作为首地址先存取，后续成员的存取是不是和当前读取到的位置存在倍数关系，再进行一次计算

double   : 8       【0 ~  7】

char       : 1      【8】 有倍数关系

int          : 4            (9 , 10 , 11 ) 无倍数关系  【12】有倍数关系，从这开始读4位就是【12 13 14 15】

short     :  2         【16】有倍数关系 ，那就是【16，17】

竟然是奇数！好像还是不对，难道他的总大小也会有倍数关系吗？看结果 24，确实是和里面的任意一个成员都有倍数关系，那么我是不是可以合理猜测，当内存计算出的结果和里面的成员变量没有倍数关系时，他会自动补齐后续内存以达成倍数关系。从17 到 24之间 ，也只有24和所有成员变量有倍数关系，只要总大小和里面最大的成员成倍数关系，那么与其他的都是倍数关系，这也是为什么不是20，而是24.以这种思路计算struct2

double  : 8    【0 ~  7】

int         : 4     【8 9 10 11】

char      : 1     【12】

short     : 2      【 14  15 】

这里只读取到15，和 8 并不存在倍数关系，往后再读一位 那么就是 16

我们再写多几个结构体试试

计算struct 4:

 char      : 1    【0】

 char      : 1    【1】

 short     : 2    【 2  3 】

 int         : 4    【4 5 6 7】

最后补齐结果为 ： 8 ，是4的倍数

计算struct 5

int           4      【0 1 2 3】

double    8      【8 9 10 11 12 13 14 15】

long       8       【16 17 18 19 20 21 22 23】

short      2       【24 25】

最后同样要补齐结果为： 32  ， 是 8的倍数

打印验证：

继续往下研究，如果结构体里也有结构体，如下图，结构体3包含了结构体5

 我们依旧按照前面的方法计算前5个成员

double      8       [ 0  ~ 7]

int             4       [8 ~ 11]

char          1       [12]

short          2      [14 15]

int              4      [16 ~ 19]

那么问题来了，我们已知struct5是32，那他是从32开始，然后直接32 + 32等于64呢？还是需要从结构体5内部开始存呢？如果从结构体5内部的话，那么接着上面计算结构体5内部：

int           4    [20 ~ 23]

double    8   [24 ~ 31]

long        8   [32 ~ 39]

short       2   [40 41]

最后补齐倍数那就是8的倍数，往后存取就是48，

打印结果：

 结果真的打脸，既不是64也不是48，如果计算内部时，不是以第一个成员的倍数开始，而是以最大的成员的倍数开始，  结果又会怎样呢？接着计算：

int           4    [24 ~ 27]

double    8   [32 ~ 39]

long        8   [40 ~ 47]

short       2   [48 49]

最后补齐：56

 我的天，还真的是这样 ？为了进一步验证，我把struct5换成struct4,计算出的结果是32，大家可以尝试一下

结论：

关于结构体内存对齐，我得出几点原则：

1.从第一个成员开始，首地址为0，后续成员的首地址需要和他们的大小成倍数关系。

2. 最终大小如果和结构体里最大的成员无法成倍数关系，必须从当前地址继续往后偏移，直到地址和该成员成倍数关系，那么当前的地址就是结构体最终大小。

3.如果是结构体嵌套结构体，计算大小过程并不是单一的把结构体大小加上其他成员变量，而是以结构体中内部最大的成员来找到和该成员对应的地址，然后再根据 1，2点进行运算，最终得出结果。

探索收获：
为什么要进行结构体对齐？

从文章开头举的两个结构体例子中，我们可以知道，即使结构体里面的内容相同，但是大小确不是一样。通过探索结构体对齐，我明白在设计结构体中，一个好的结构体，往往能做到存取过程中，既节省空间，又能节省时间，比如例子中结构体2就比结构体1节省了8个字节，在文章上面计算struct1过程中，我们可以在计算中知道，结构体1，既要空出多余的空间，又要为了节省存取时间去补上了多余的空间，比如17到24这部分空间就是浪费了，而结构体2就没有这方面问题，从对比发现，似乎在设计结构体时，成员较小的尽量放到一起的话，会更省空间。虽然结构体内存对齐是为了用空间换取时间，但是我们作为开发者，也是可以通过巧妙的设计去帮助结构体节省空间。