C/C++ 字节对齐（Byte alignment） | 小灰灰灰灰的博客

C/C++ 的结构，就像是一个将几种数据结构打包的功能。在使用的时候，可能会注意到，结构体的大小不等于结构体所有成员的大小之和,原因是编译器进行了字节对齐。

# 字节对齐的目的

如果一个变量的内存地址正好位于它长度的整数倍，他就被称做自然对齐。比如在 32 位 CPU 下，假设一个整型变量的地址为 0x00000004（下面简写为 0x04），那它就是自然对齐的。

需要字节对齐的根本原因在于 CPU 访问数据的效率问题。32 位 CPU 把内存的每 4 个字节分为一组，一次可以同时访问一组。比如，可以同时访问 0x00 - 0x03，也可以同时访问 0x04 - 0x07，但不能同时访问 0x03 - 0x06。

若不进行字节对齐，假如一个 int 存储在了 0x03 - 0x06，那么读取这个 int 需要 CPU 读取两次内存，降低了效率。而进行了字节对齐，效率会有一定的提升。

这段话也解释了，64 位系统相比 32 位系统更大（由于字节对齐，需要更多的空位），但是运行速度会快一些（对于 8 字节的数据类型，如 long long 和 double 的读取会快一些）。

# C 语言编译器对字节对齐的要求

标准数据类型：只要地址是它的长度的整数倍就行了；
数组：按照基本数据类型对齐，第一个对齐了后面的自然也就对齐了。
联合：按其包含的长度最大的数据类型对齐。
结构体：结构体中每个数据类型都要按其包含的长度最大的数据类型对齐。

如

struct foo
{
	char c10[10];
	long long ll;
	char c;
};

int main()
{
    std::cout << sizeof(foo); //输出 32
}

该结构中，c10 虽然只占 10 个字节，但是由于它要对齐 8 字节的 long long，因此会在 c10 后填充到 16 个字节（填充了 6 字节）。同样的， c 后面也会填充到 8 字节。
整个结构占了 16 + 8 + 8 = 32 字节。

把上述代码的 long long 改为 int，整个结构占了 12 + 4 + 4 = 20 字节。

struct foo
{
	char c10[10];
	int i;
	char c;
};

int main()
{
    std::cout << sizeof(foo); //输出 20
}

# 手动设置字节对齐

在设计不同CPU下的通信协议时，或者编写硬件驱动程序时，寄存器的结构这两个地方都需要按统一字节对齐，所以需要手动设定字节对齐。

可以使用 #pragma pack() 语句设置字节对齐，如下：

#pragma pack (1) /*指定按2字节对齐*/
struct foo
{
	char c10[10];
	int i;
	char c;
}bar;
#pragma pack () /*取消指定对齐，恢复缺省对齐*/

int main()
{
	std::cout << sizeof(foo); //输出 15
}

结构体占了 10 + 4 + 1 = 15 字节。