内存对齐的概念
引入代码
众所周知，C++的空类占用 1 个字节的内存空间，非空类占用的空间与类内的成员有关。
但类中成员所占内存并不是连续的，拿以下代码举例：
#include<iostream>
using namespace std;
class test1
{
char c1;
int a;
char c2;
}t1;
class test2
{
char c1;
char c2;
int a;
}t2;
class test3
{
int a;
char c1;
char c2;
}t3;
int main()
{
cout<<"size of t1="<<sizeof(t1)<<endl;
cout<<"size of t2="<<sizeof(t2)<<endl;
cout<<"size of t3="<<sizeof(t3)<<endl;
system("pause");
}
在 32 位系统中，int 类型占用 4 字节，char 类型占用 1 字节，并且 3 个 test 类成员除顺序外完全一样，理论上输出结果均为 6。
但实际 t1，t2，t3 的输出为 12 8 8，不仅大小与理论不符，t1 所占空间还要大于后两者。
这是因为成员变量的存储并不是连续的，而是根据一定的块大小存储 （一般默认为 4），这就是所谓的内存对齐。
内存对齐的规则
对齐系数与有效对齐值
首先明确两个概念
-
对齐系数：每个特定平台上的编译器都有自己的默认 「对齐系数」（也叫对齐模数）。linux 中默认为 4，vs 中默认为 8，可以通过预编译命令 #pragma pack(n)，n = 1,2,4,8,16 来改变这一系数。
-
有效对齐值：是给定值 #pragma pack(n) 和类中最长数据类型长度中较小的那个，也叫对齐单位。比如 vs 中默认对齐系数为 8，但该类中最长数据类型 int 为 4，则有效对齐值为 4。
为方便理解引入以下代码：
#include<iostream>
using namespace std;
class test1
{
char c1;
char c3;
char c2;
}t1;
int main()
{
cout<<"size of t1="<<sizeof(t1)<<endl;
system("pause");
}
虽然默认对齐系数为 4，但该类中最长数据类型 char 为 1，所以有效对齐值为 1，结果输出为 3
内存对齐的具体规则为
- 第一个成员变量放在 offset 为 0 的地方，以后每个成员变量的对齐按照有效对齐值进行。
- 在成员变量完成各自对齐之后，类 (结构或联合) 本身也要进行对齐，对齐将按照有效对齐值进行。
- 类的总大小为最大对其数 （每一个成员变量都有一个对其数） 的整数倍。
- 如果存在类嵌套，则将嵌套类展开后对每一个成员变量对齐。
值得注意的是，n 的缺省数值是按照编译器自身设置，gcc 默认为 4，合法的数值分别是 1、2、4、8、16。
（即编译器只会按照 1、2、4、8、16 的方式分割内存，其他值无效）
字节边界 （重要！）
除了要考虑有效对齐值和对齐系数外，还需要引入字节边界的概念，具体规则为：
char 在 1 字节的边界上对齐，short 在 2 字节的边界上对齐，int、long 和 float 在 4 字节的边界上对齐，double 在 8 字节的边界上对齐，依次类推
这里引入一个例子：
class test4
{
char c1;
short c2;
char c3;
int c4;
}t4;
如果不引入字节边界的话，则 t4 理应占用 8 个字节(c1c2c3 共占 4 字节，c4 独占 4 字节)，但实际上 t4 在内存中占用空间为 12 个字节，具体内存分配可看后续图示
图示
test 的内存分配如下
如果把使用 #pragma pack(n)把默认的对齐系数改为 1，代码如下
#include<iostream>
using namespace std;
#pragma pack(1)//设定为 1 字节对齐
class test1
{
char c1;
int a;
char c2;
}t1;
class test2
{
char c1;
char c2;
int a;
}t2;
class test3
{
int a;
char c1;
char c2;
}t3;
class test4
{
char c1;
short c2;
char c3;
int c4;
}t4;
int main()
{
cout << "size of t1=" << sizeof(t1) << endl;
cout << "size of t2=" << sizeof(t2) << endl;
cout << "size of t3=" << sizeof(t3) << endl;
cout << "size of t4=" << sizeof(t4) << endl;
system("pause");
}
则此时 t1，t2，t3 输出结果均为 6，t4 输出结果为 8