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