(字節對齊的實現細節和編譯器有關)

1. 基本概念

字節對齊：計算機存儲系統中以Byte為單位存儲數據，不同數據類型所占的空間不同，如：整型（int）數據占4個字節，字符型（char）數據占一個字節，短整型（short）數據占兩個字節，等等。計算機為了快速的讀寫數據，默認情況下將數據存放在某個地址的起始位置，如：整型數據（int）默認存儲在地址能被4整除的起始位置，字符型數據（char）可以存放在任何地址位置（被1整除），短整型（short）數據存儲在地址能被2整除的起始位置。這就是默認字節對齊方式。

基本滿足以下3個原則：

• 結構體變量的首地址能夠被其最寬基本類型成員的大小所整除；
• 結構體每個成員相對于結構體首地址的偏移量（offset）都是成員大小的整數倍，如有需要編譯器會在成員之間加上填充字節（internal padding）；
• 結構體的總大小為結構體最寬基本類型成員大小的整數倍，如有需要編譯器會在最末一個成員之后加上填充字節（trailing padding）。

2. 舉例說明

很顯然默認對齊方式會浪費很多空間，例如如下結構：

struct student
{
    char name[5];
    int num;
    short score;
}

本來只用了11bytes（5+4+2）的空間，但是由于int型默認4字節對齊，存放在地址能被4整除的起始位置，即：如果name[5]從0開始存放，它占5bytes，而num則從第8（偏移量）個字節開始存放。所以sizeof(student)=16。于是中間空出幾個字節閑置著。但這樣便于計算機快速讀寫數據，是一種以空間換取時間的方式。其數據對齊如下圖：
|char|char|char|char|
|char|----|----|----|
|--------int--------|
|--short--|----|----|

如果我們將結構體中變量的順序改變為：

struct student
{
    int num;
    char name[5];
    short score;
}

則，num從0開始存放，而name從第4（偏移量）個字節開始存放，連續5個字節，score從第10（偏移量）開始存放，故sizeof(student)=12。其數據對齊如下圖：
|--------int--------|
|char|char|char|char|
|char|----|--short--|

如果我們將結構體中變量的順序再次改為為：

struct student
{
    int num;
    short score;
    char name[5];
}

則，sizeof(student)=12。其數據對齊如下圖：
|--------int--------|
|--short--|char|char|
|char|char|char|----|

3.#pragma pack()命令

為了節省空間，我們可以在編碼時通過#pragma pack()命令指定程序的對齊方式，括號中是對齊的字節數，若該命令括號中的內容為空，則為默認對齊方式。例如，對于上面第一個結構體，如果通過該命令手動設置對齊字節數如下：

#pragma pack(2) //設置2字節對齊
struct strdent
{
   char name[5]; //本身1字節對齊，比2字節對齊小，按1字節對齊
   int num;          //本身4字節對齊，比2字節對齊大，按2字節對齊
   short score;    //本身也2字節對齊，仍然按2字節對齊
}
#pragma pack() //取消設置的字節對齊方式

則，num從第6（偏移量）個字節開始存放，score從第10（偏移量）個字節開始存放，故sizeof(student)=12，其數據對齊如下圖：
|char|char|
|char|char|
|char|-----|
|----int----|
|----int----|
|--short---|

這樣改變默認的字節對齊方式可以更充分地利用存儲空間，但是這會降低計算機讀寫數據的速度，是一種以時間換取空間的方式。