一：结构体内存对齐
（1）为什么要存在内存对齐
平台原因（移植原因）： 不是所有的硬件平台都能访问任意地址上的任意数据的；某些平台只能在某些地址处取得某些特定类型的数据，否则抛出硬件异常。
比如，当一个平台要取一个整型数据时只能在地址为4的倍数的位置取得，那么这时就需要内存对齐，否则无法访问到该整型数据。
性能原因：
数据结构（尤其是栈）应该尽可能的在自然边界上对齐。原因在于，为了访问未对齐内存，处理器需要作两次内存访问；而对齐的内存访问仅需一次。
核心思想就是：以空间换取时间
举个例子：对于有32根地址总线的计算机来说，每次读取的单位是4个字节，假入定义了如下结构体：
struct s1
{
char c1;
int i;
char c2;
}由于c1占1个字节，i占4个字节，c2占1个字节，所以计算机在读取时候，会先读取c1和i的3个字节（共四个字节）、再读取i的最后一个字节和c2。因此计算器不但需要进行两次内存读取，并且还需要对i的数据进行拼接，无形中浪费了运行的时间。所以为了减少时间的浪费，就采用了内存对齐的方式。
（2）结构体对齐规则
- 第一个成员在与结构体变量偏移量为0的地址处。（即结构体的首地址处，即对齐到0处）
- 其他成员变量要对齐到某个数字（对齐数）的整数倍的地址处。
- 结构体的总大小为最大对齐数（每个成员变量都有一个对齐数）的整数倍。
- 如果嵌套了结构体，嵌套的结构体对齐到自己的最大对齐数的整数倍处，结构体的整体大小就是所有最大对齐数（含嵌套结构体的对齐数）的整数倍。
其中对齐数=编译器默认的一个对齐数与该成员大小的较小值。vs中默认为8。Linux中默认值为4。
（3）结构体对齐演示
以下面的构体为例
struct S
{
double d;
char c;
int i;
};
第一步：把结构体中每个成员变量的大小与编译器的默认对齐数进行比较，取小的作为该成员的对齐数
第二步：从0位开始，画出这些成员的位置，注意对齐到自己的对齐数
故为16个字节
（4）练习
//练习1
struct S1{
char c1;
int i;
char c2;
};
printf("%d\n", printf(struct S1);//12
//练习2
struct S2 {
char c1;
char c2;
int i;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S2));//8
//练习3
struct S3 {
double d;
char c;
int i;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S3));//16
//练习4-结构体嵌套问题
struct S4 {
char c1;
struct S3 s3;
double d;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S4));//32
二：位段
（1）什么是位段
“节省空间”这四个字可以直截了当的点名位段的作用。
在结构体设计中，我们一般用int来存年龄这样的数据，但是年龄这个东西再大也不会达到几百几千，也就是它的范围一般是1-100，反应在整形数据的内存上，使用的可能就是32个比特位中的个别几个，也就说剩余的很多比特位就是根本不会用到的，而如果明知道这样，还要不管三七二十一直接抛出一个整形，四个字节，32个比特位存储这么小的数，未免显的有点浪费了。所以正式鉴于此，位段就能合理的进行内存设计
（2）位段怎么写
位段的基本格式如下，和结构体十分相似，其内部的数据类型一般要求是一致的
（3）位段结构体对齐怎么算
上述这个结构体所占空间大小为八个字节，在实际分配时，会一上来先分配四个字节，其中a，b，c占据2+5+10共17个比特位，剩余d需要30个比特位存储但是不够，所以再分配四个字节，拿出其中30个比特位存储。可以看出相比之前暴力的直接16个字节，现在的8个字节大大的节省了空间。
再比如下面位段
struct A
{
unsigned a : 19;
unsigned b : 11;
unsigned c : 4;
unsigned d : 29;
char index;
};
其中a和b共占据4个字节，c和d占据八个字节，index对齐对齐1个字节，最终就是16
位段的跨平台问题
- int 位段被当成有符号数还是无符号数是不确定的。
- 位段中最大位的数目不能确定。（16位机器最大16，32位机器最大32，写成27，在16位机
- 器会出问题。
- 位段中的成员在内存中从左向右分配，还是从右向左分配标准尚未定义。
- 当一个结构包含两个位段，第二个位段成员比较大，无法容纳于第一个位段剩余的位时，是舍弃剩余的位还是利用，这是不确定的。
到此这篇关于C语言重难点之内存对齐和位段的文章就介绍到这了,更多相关C语言 内存对齐和位段内容请搜索编程网以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持编程网！
