C语言内存对齐详解（结构体内存对齐与性能优化指南）

为什么需要结构体内存对齐？

当我们定义一个包含多个成员的结构体时，编译器会自动在成员之间插入“填充字节”（padding），以确保每个成员都满足其自身的对齐要求。如果不进行对齐，可能会导致程序运行缓慢，甚至在某些平台上崩溃。

对齐规则详解

C语言中，结构体的对齐遵循以下基本规则：

1. 结构体的第一个成员从偏移量0开始存储。
2. 每个后续成员的起始地址必须是其自身大小和系统默认对齐数（通常是该成员类型的大小）中较小者的整数倍。
3. 整个结构体的大小必须是其内部最大成员对齐要求的整数倍。

实例演示

让我们通过一个具体例子来观察内存对齐的效果：

#include <stdio.h>struct Example1 {    char a;     // 1字节    int b;      // 4字节    short c;    // 2字节};struct Example2 {    char a;     // 1字节    short c;    // 2字节    int b;      // 4字节};int main() {    printf("Size of struct Example1: %zu bytes\n", sizeof(struct Example1));    printf("Size of struct Example2: %zu bytes\n", sizeof(struct Example2));    return 0;}

在大多数32位或64位系统上，这段代码的输出将是：

Size of struct Example1: 12 bytesSize of struct Example2: 8 bytes

为什么两个结构体成员相同，大小却不同？这就是数据对齐优化

• Example1：char占1字节，之后为了对齐int（4字节对齐），编译器插入3字节填充；接着short只需2字节对齐，但此时偏移为8（已对齐），所以直接存放；最后结构体总大小需为最大对齐数（4）的倍数，因此再补2字节 → 共12字节。
• Example2：char占1字节，short需2字节对齐 → 插入1字节填充；然后int需4字节对齐，当前偏移为4（已对齐）→ 直接存放；总大小为8，已是4的倍数 → 共8字节。

#pragma pack(push, 1)  // 设置对齐为1字节struct PackedStruct {    char a;    int b;    short c;};#pragma pack(pop)     // 恢复默认对齐// 此时 sizeof(PackedStruct) == 7

#include <stdalign.h>struct AlignedStruct {    char a;    alignas(int) char padding[3]; // 手动填充    int b;    short c;};