C++中 内存对齐到底是怎么回事？

内存对齐问题是各种开发类面试中最热门的问题，面试管一般认为这个问题可以考察被面试者对内存细节的了解情况，确实这个问题对于C++初学者来说是个十足的难题因为它不仅涉及了pragma pack(n) 设定的内存对齐系数还涉及了相关内存分配的细节。

内存对齐：

我们知道现代计算机体系中CPU按照双字、字、字节访问存储内存，并通过总线进行传输，若未经一定规则的对齐，CPU的访址操作与总线的传输操作将会异常的复杂，所以现代编译器中都会对内存进行自动的对齐。

1.内存对齐系数

说道内存对齐，就不得不说内存对齐系数， 对齐系数最简单的设置方法是使用 #pragma pack(n)进行设置，这部分点进链接在我的文章内有详细说明！

2.sizeof

说到内存对齐第二个不得不说的就是sizeof，它的基本作用是判断数据类型或者表达式长度，要注意的是这不是一个函数，而是一个C++中的关键字！字节数的计算在程序编译时进行，而不是在程序执行的过程中才计算出来!

3.类型的长度与数据成员对齐

你的计算机中，数据类型的长度指的就是在你的计算机中对数据类型使用sizeof得到的结果，当然这个在各种不同的编译环境下得到的结果是不同的。
比如在32位Visual Studio环境下：
cout << sizeof(char) << endl;  // 1
cout << sizeof(short) << endl;  // 2
cout << sizeof(int) << endl;  // 4
cout << sizeof(long) << endl;  // 4

cout << sizeof(double) << endl;  // 8

而在64位G++编译环境下：
cout << sizeof(char) << endl;  // 1
cout << sizeof(short) << endl;  // 2
cout << sizeof(int) << endl;  // 4
cout << sizeof(long) << endl;  // 8

cout << sizeof(double) << endl;  // 8

下面我将在32位Visual Studio环境下讲解数据成员对齐：
首先我们要清楚结构体struct中的成员在内存中的分配是连续的，struct内的首地址也就是struct内第一个数据成员的地址，换句话说struct内第一个数据成员离struct开始的距离offset = 0。
数据成员对齐的规则就是，而在第一个成员之后，每个成员距离struct首地址的距离 offset， 都是struct内成员自身长度（sizeof） 与 #pragma pack(n)中的n的最小值的整数倍，如果未经对齐时不满足这个规则，在对齐时就会在这个成员前填充空子节以使其达到数据成员对齐。

默认n为8时：

#pragma pack(8)

struct {
    char a;
    double b;
} myStruct;
cout << sizeof myStruct << endl;  // 16
cout << (int *)&myStruct.a << endl;  // 0024F898

cout << &myStruct.b << endl;  // 0024F8A0(因运行时而异)

当设置n为4也就是min（sizeof(double), n） = 4 时：
#pragma pack(4)
struct {
    char a;
    double b;
} myStruct;
cout << sizeof myStruct << endl; // 12
cout << (int *)&myStruct.a << endl; // 0046F76C
cout << &myStruct.b << endl; // 0046F770
第一个例子时，最小值为8，填充7个字节到char a 之后。

第二个例子时，最小值为4，填充3个字节到char a之后。

4.整体对齐

编译器在进行过数据成员对齐之后，还要进行整体对齐。与数据对齐相似但不是完全相同， 如果数据对齐完成时struct的大小不是 struct内成员自身长度最大值（sizeof） 与 #pragma pack(n)中的n的最小值的整数倍。（注意这里是成员中长度最大的那个与n比较，而不是特定的一个成员。）就要在struct的最后添加空字节直到对齐。
当设置n为4也就是min（sizeof(short), n） = 2 时：
#pragma pack(4)
struct {
    char a;
    short b;
    char c;
} myStruct;
cout << sizeof myStruct << endl;  // 6
cout << (int *)&myStruct.a << endl;  // 003DFED0
cout << &myStruct.b << endl;  // 003DFED2
cout << (int *)&myStruct.c << endl;  // 003DFED4
在上面的例子中，char a offset为0 因成员对齐占据[D0]填充[D1]共两个字节，short b是最大长度成员无需对齐占据[D2-D3]两个字节,它的offset是2,而char c的offset是4占据[D4]无需成员对齐，但此时struct的大小是2+2+1 = 5字节，不是2的整数倍，所以我们要填充空子节在最后直到struct大小达到2的整数倍，这就是整体对齐。
经过了数据成员对齐与整体对齐之后内存对齐就完成了，如果深入思考上述规则还会发现：即使是同样数目与数量的数据成员，在摆放的顺序不同时struct的大小也会不同，下面就是一个例子：
这样摆放是12字节：

摆放方式改变时结果确变成了8字节:

由于这种特性，如果在网络编程或相关内存操作时如果不加以注意的话，就会造成隐秘而难以纠正的错误，请大家务必小心！