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現(xiàn)代計算機(jī)中內(nèi)存空間都是按照byte劃分的，從理論上講似乎對任何類型的變量的訪問可以從任何地址開始，但實際情況是在訪問特定類型變量的時候經(jīng)常在特定的內(nèi)存地址訪問，這就需要各種類型數(shù)據(jù)按照一定的規(guī)則在空間上排列，而不是順序的一個接一個的排放，這就是對齊。
對齊的作用和原因：各個硬件平臺對存儲空間的處理上有很大的不同。一些平臺對某些特定類型的數(shù)據(jù)只能從某些特定地址開始存取。比如有些架構(gòu)的CPU在訪問一個沒有進(jìn)行對齊的變量的時候會發(fā)生錯誤,那么在這種架構(gòu)下編程必須保證字節(jié)對齊.其他平臺可能沒有這種情況，但是最常見的是如果不按照適合其平臺要求對數(shù)據(jù)存放進(jìn)行對齊，會在存取效率上帶來損失。比如有些平臺每次讀都是從偶地址開始，如果一個int型（假設(shè)為32位系統(tǒng)）如果存放在偶地址開始的地方，那么一個讀周期就可以讀出這32bit，而如果存放在奇地址開始的地方，就需要2個讀周期，并對兩次讀出的結(jié)果的高低字節(jié)進(jìn)行拼湊才能得到該32bit數(shù)據(jù)。顯然在讀取效率上下降很多。 二、請看下面的結(jié)構(gòu)： struct MyStruct
{
double dda1;
char dda;
int type
};
對結(jié)構(gòu)MyStruct采用sizeof會出現(xiàn)什么結(jié)果呢？sizeof(MyStruct)為多少呢？也許你會這樣求：
sizeof(MyStruct)=sizeof(double)+sizeof(char)+sizeof(int)=13
但是當(dāng)在VC中測試上面結(jié)構(gòu)的大小時，你會發(fā)現(xiàn)sizeof(MyStruct)為16。你知道為什么在VC中會得出這樣一個結(jié)果嗎？
其實，這是VC對變量存儲的一個特殊處理。為了提高CPU的存儲速度，VC對一些變量的起始地址做了“對齊”處理。在默認(rèn)情況下，VC規(guī)定各成員變量存放的起始地址相對于結(jié)構(gòu)的起始地址的偏移量必須為該變量的類型所占用的字節(jié)數(shù)的倍數(shù)。下面列出常用類型的對齊方式(vc6.0,32位系統(tǒng))。
類型對齊方式（變量存放的起始地址相對于結(jié)構(gòu)的起始地址的偏移量）
Char
偏移量必須為sizeof(char)即1的倍數(shù)
int
偏移量必須為sizeof(int)即4的倍數(shù)
float
偏移量必須為sizeof(float)即4的倍數(shù)
double
偏移量必須為sizeof(double)即8的倍數(shù)
Short
偏移量必須為sizeof(short)即2的倍數(shù)
各成員變量在存放的時候根據(jù)在結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)的順序依次申請空間，同時按照上面的對齊方式調(diào)整位置，空缺的字節(jié)VC會自動填充。同時VC為了確保結(jié)構(gòu)的大小為結(jié)構(gòu)的字節(jié)邊界數(shù)（即該結(jié)構(gòu)中占用最大空間的類型所占用的字節(jié)數(shù)）的倍數(shù)，所以在為最后一個成員變量申請空間后，還會根據(jù)需要自動填充空缺的字節(jié)。
下面用前面的例子來說明VC到底怎么樣來存放結(jié)構(gòu)的。
struct MyStruct
{
double dda1;
char dda;
int type
}；
為上面的結(jié)構(gòu)分配空間的時候，VC根據(jù)成員變量出現(xiàn)的順序和對齊方式，先為第一個成員dda1分配空間，其起始地址跟結(jié)構(gòu)的起始地址相同（剛好偏移量0剛好為sizeof(double)的倍數(shù)），該成員變量占用sizeof(double)=8個字節(jié)；接下來為第二個成員dda分配空間，這時下一個可以分配的地址對于結(jié)構(gòu)的起始地址的偏移量為8，是sizeof(char)的倍數(shù)，所以把dda存放在偏移量為8的地方滿足對齊方式，該成員變量占用 sizeof(char)=1個字節(jié)；接下來為第三個成員type分配空間，這時下一個可以分配的地址對于結(jié)構(gòu)的起始地址的偏移量為9，不是sizeof (int)=4的倍數(shù)，為了滿足對齊方式對偏移量的約束問題，VC自動填充3個字節(jié)（這三個字節(jié)沒有放什么東西），這時下一個可以分配的地址對于結(jié)構(gòu)的起始地址的偏移量為12，剛好是sizeof(int)=4的倍數(shù)，所以把type存放在偏移量為12的地方，該成員變量占用sizeof(int)=4個字節(jié)；這時整個結(jié)構(gòu)的成員變量已經(jīng)都分配了空間，總的占用的空間大小為：8+1+3+4=16，剛好為結(jié)構(gòu)的字節(jié)邊界數(shù)（即結(jié)構(gòu)中占用最大空間的類型所占用的字節(jié)數(shù)sizeof(double)=8）的倍數(shù)，所以沒有空缺的字節(jié)需要填充。所以整個結(jié)構(gòu)的大小為：sizeof(MyStruct)=8+1+ 3+4=16，其中有3個字節(jié)是VC自動填充的，沒有放任何有意義的東西。
下面再舉個例子，交換一下上面的MyStruct的成員變量的位置，使它變成下面的情況：
struct MyStruct
{
char dda;
double dda1;
int type
}；
這個結(jié)構(gòu)占用的空間為多大呢？在VC6.0環(huán)境下，可以得到sizeof(MyStruc)為24。結(jié)合上面提到的分配空間的一些原則，分析下VC怎么樣為上面的結(jié)構(gòu)分配空間的。（簡單說明）
struct MyStruct
{
char dda; //偏移量為0，滿足對齊方式，dda占用1個字節(jié)；
double dda1; //下一個可用的地址的偏移量為1，不是sizeof(double)=8的倍數(shù)，需要補(bǔ)足7個字節(jié)才能使偏移量變?yōu)?（滿足對齊方 式），因此VC自動填充7個字節(jié)，dda1存放在偏移量為8的地址上，它占用8個字節(jié)。
int type； //下一個可用的地址的偏移量為16，是sizeof(int)=4的倍數(shù)，滿足int的對齊方式，所以不需要VC自動填充，type存放在偏移量為16的地址上，它占用4個字節(jié)。
}； //所有成員變量都分配了空間，空間總的大小為1+7+8+4=20，不是結(jié)構(gòu)的節(jié)邊界數(shù)（即結(jié)構(gòu)中占用最大空間的類型所占用的字節(jié)數(shù)sizeof(double)=8）的倍數(shù)，所以需要填充4個字節(jié)，以滿足結(jié)構(gòu)的大小為sizeof(double)=8的倍數(shù)。
所以該結(jié)構(gòu)總的大小為：sizeof(MyStruc)為1+7+8+4+4=24。其中總的有7+4=11個字節(jié)是VC自動填充的，沒有放任何有意義的東西。
VC對結(jié)構(gòu)的存儲的特殊處理確實提高CPU存儲變量的速度，但是有時候也帶來了一些麻煩，我們也屏蔽掉變量默認(rèn)的對齊方式，自己可以設(shè)定變量的對齊方式。
VC 中提供了#pragma pack(n)來設(shè)定變量以n字節(jié)對齊方式。n字節(jié)對齊就是說變量存放的起始地址的偏移量有兩種情況：第一、如果n大于等于該變量所占用的字節(jié)數(shù)，那么偏移量必須滿足默認(rèn)的對齊方式，第二、如果n小于該變量的類型所占用的字節(jié)數(shù)，那么偏移量為n的倍數(shù)，不用滿足默認(rèn)的對齊方式。結(jié)構(gòu)的總大小也有個約束條件，分下面兩種情況：如果n大于所有成員變量類型所占用的字節(jié)數(shù)，那么結(jié)構(gòu)的總大小必須為占用空間最大的變量占用的空間數(shù)的倍數(shù)；否則必須為n的倍數(shù)。下面舉例說明其用法。
#pragma pack(push) //保存對齊狀態(tài)
#pragma pack(4)//設(shè)定為4字節(jié)對齊
struct test
{
char m1;
double m4;
int m3;
};
#pragma pack(pop)//恢復(fù)對齊狀態(tài)
以上結(jié)構(gòu)的大小為16，下面分析其存儲情況，首先為m1分配空間，其偏移量為0，滿足我們自己設(shè)定的對齊方式（4字節(jié)對齊），m1占用1個字節(jié)。接著開始為 m4分配空間，這時其偏移量為1，需要補(bǔ)足3個字節(jié)，這樣使偏移量滿足為n=4的倍數(shù)（因為sizeof(double)大于n）,m4占用8個字節(jié)。接著為m3分配空間，這時其偏移量為12，滿足為4的倍數(shù)，m3占用4個字節(jié)。這時已經(jīng)為所有成員變量分配了空間，共分配了16個字節(jié)，滿足為n的倍數(shù)。如果把上面的#pragma pack(4)改為#pragma pack(16)，那么我們可以得到結(jié)構(gòu)的大小為24。（請讀者自己分析）
三、再看下面這個例子 #pragma pack(8)
struct S1 {
char a;
long b;
};
struct S2 {
char c;
struct S1 d;
long long e;
};
#pragma pack()
sizeof(S2)結(jié)果為24.
成員對齊有一個重要的條件,即每個成員分別對齊.即每個成員按自己的方式對齊.
也就是說上面雖然指定了按8字節(jié)對齊,但并不是所有的成員都是以8字節(jié)對齊.其對齊的規(guī)則是,每個成員按其類型的對齊參數(shù)(通常是這個類型的大小)和指定對齊參數(shù)(這里是8字節(jié))中較小的一個對齊.并且結(jié)構(gòu)的長度必須為所用過的所有對齊參數(shù)的整數(shù)倍,不夠就補(bǔ)空字節(jié).
S1中,成員a是1字節(jié)默認(rèn)按1字節(jié)對齊,指定對齊參數(shù)為8,這兩個值中取1,a按1字節(jié)對齊;成員b是4個字節(jié),默認(rèn)是按4字節(jié)對齊,這時就按4字節(jié)對齊,所以sizeof(S1)應(yīng)該為8;
S2 中,c和S1中的a一樣,按1字節(jié)對齊,而d 是個結(jié)構(gòu),它是8個字節(jié),它按什么對齊呢?對于結(jié)構(gòu)來說,它的默認(rèn)對齊方式就是它的所有成員使用的對齊參數(shù)中最大的一個,S1的就是4.所以,成員d就是按4字節(jié)對齊.成員e是8個字節(jié),它是默認(rèn)按8字節(jié)對齊,和指定的一樣,所以它對到8字節(jié)的邊界上,這時,已經(jīng)使用了12個字節(jié)了,所以又添加了4個字節(jié)的空,從第16個字節(jié)開始放置成員e.這時,長度為24,已經(jīng)可以被8(成員e按8字節(jié)對齊)整除.這樣,一共使用了24個字節(jié).
a b
S1的內(nèi)存布局：11**,1111,
c S1.a S1.b d
S2的內(nèi)存布局：1***,11**,1111,****11111111
這里有三點很重要:
1.每個成員分別按自己的方式對齊,并能最小化長度。
2.復(fù)雜類型(如結(jié)構(gòu))的默認(rèn)對齊方式是它最長的成員的對齊方式,這樣在成員是復(fù)雜類型時,可以最小化長度。
3.對齊后的長度必須是成員中最大的對齊參數(shù)的整數(shù)倍,這樣在處理數(shù)組時可以保證每一項都邊界對齊。
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