1、內(nèi)存對齊的原因
我們都知道計算機(jī)是以字節(jié)（Byte）為單位劃分的，理論上來說CPU是可以訪問任一編號的字節(jié)數(shù)據(jù)的，我們又知道CPU的尋址其實是通過地址總線來訪問內(nèi)存的，CPU又分為32位和64位，在32位的CPU一次可以處理4個字節(jié)（Byte）的數(shù)據(jù)，那么CPU實際尋址的步長就是4個字節(jié)，也就是只對編號是4的倍數(shù)的內(nèi)存地址進(jìn)行尋址。同理64位的CPU的尋址步長是8字節(jié)，只對編號是8的倍數(shù)的內(nèi)存地址進(jìn)行尋址,如下圖所示是64位CPU的尋址示意圖：
這樣做可以實現(xiàn)最快速的方式尋址且不會遺漏一個字節(jié)，也不會重復(fù)尋址。
那么對于程序而言，一個變量的數(shù)據(jù)存儲范圍是在一個尋址步長范圍內(nèi)的話，這樣一次尋址就可以讀取到變量的值，如果是超出了步長范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)存儲，就需要讀取兩次尋址再進(jìn)行數(shù)據(jù)的拼接，效率明顯降低了。例如一個double類型的數(shù)據(jù)在內(nèi)存中占據(jù)8個字節(jié)，如果地址是8，那么好辦，一次尋址就可以了，如果是20呢，那就需要進(jìn)行兩次尋址了。這樣就產(chǎn)生了數(shù)據(jù)對齊的規(guī)則，也就是將數(shù)據(jù)盡量的存儲在一個步長內(nèi)，避免跨步長的存儲，這就是內(nèi)存對齊。在32位編譯環(huán)境下默認(rèn)4字節(jié)對齊，在64位編譯環(huán)境下默認(rèn)8字節(jié)對齊。
2、內(nèi)存對齊的規(guī)則
1、數(shù)據(jù)成員對齊規(guī)則：結(jié)構(gòu)(struct)(或聯(lián)合(union))的數(shù)據(jù)成員，第一個數(shù)據(jù)成員放在offset為0的地方，以后每個數(shù)據(jù)成員的對齊按照#pragma pack指定的數(shù)值和這個數(shù)據(jù)成員自身長度中，比較小的那個進(jìn)行。
2、結(jié)構(gòu)(或聯(lián)合)的整體對齊規(guī)則：在數(shù)據(jù)成員完成各自對齊之后，結(jié)構(gòu)(或聯(lián)合)本身也要進(jìn)行對齊，對齊將按照#pragma pack指定的數(shù)值和結(jié)構(gòu)(或聯(lián)合)最大數(shù)據(jù)成員長度中，比較小的那個進(jìn)行。
3、結(jié)構(gòu)體作為數(shù)據(jù)成員：如果一個結(jié)構(gòu)里有某些結(jié)構(gòu)體成員，則結(jié)構(gòu)體成員要從其內(nèi)部最大元素大小的整數(shù)倍地址開始存儲。
你一定會疑惑#pragma pack是個什么東西呢？#pragma pack其實就是指定內(nèi)存對齊系數(shù)，如1，2，4，8，16。xcode默認(rèn)的對齊系數(shù)是8.
關(guān)于offset的說明：
- 結(jié)構(gòu)體的變量的首地址是其最長基本數(shù)據(jù)成員的整數(shù)倍。
2.結(jié)構(gòu)體每個成員的相對于結(jié)構(gòu)體首地址的偏移量是其數(shù)據(jù)長度的整數(shù)倍，如有需要編譯器會在成員之間填充字節(jié)。
3、演練
在這里我只對8字節(jié)對齊進(jìn)行演練
struct struct_test1 {
int a;//4字節(jié)
char b;//1字節(jié)
short c;//2字節(jié)
char d[6];//1字節(jié)，6個char的長度
double e;//8字節(jié)
struct struct_test2 {
double f;//8字節(jié)
char h;//1字節(jié)
int j;//4字節(jié)
}MyStruct2;
char j;//1字節(jié)
}MyStruct1;
規(guī)則1：數(shù)據(jù)成員對齊規(guī)則：結(jié)構(gòu)(struct)(或聯(lián)合(union))的數(shù)據(jù)成員，第一個數(shù)據(jù)成員放在offset為0的地方，以后每個數(shù)據(jù)成員的對齊按照#pragma pack指定的數(shù)值和這個數(shù)據(jù)成員自身長度中，比較小的那個進(jìn)行
int型，長度4 < 8 按4對齊；起始o(jì)ffset=0 ；存放位置區(qū)間[0,3]
char型，長度1<8按1對齊；起始o(jì)ffset=4 ；存放位置區(qū)間[4]
short型，長度2<8按2對齊；起始o(jì)ffset=6 ；存放位置區(qū)間[6,7]
char型，長度1<8按1對齊；起始o(jì)ffset=8 ；存放位置區(qū)間[8,13]
double型，長度8=8按8對齊；起始o(jì)ffset=16；存放位置區(qū)間[16,23]
規(guī)則3：結(jié)構(gòu)體作為數(shù)據(jù)成員：如果一個結(jié)構(gòu)里有某些結(jié)構(gòu)體成員，則結(jié)構(gòu)體成員要從其內(nèi)部最大元素大小的整數(shù)倍地址開始存儲
MyStruct2內(nèi)部成員最大長度為double8字節(jié)，偏移量offset=24正好是8的倍數(shù)，所以從24開始存儲MyStruct2
double型，長度8=8按8對齊，起始o(jì)ffset=24，存儲位置區(qū)間[24,31]
char型，長度1<8按1對齊，起始o(jì)ffset=32，存儲位置區(qū)間[32]
int 型，長度4<8按4對齊，起始o(jì)ffset=36，存儲位置區(qū)間[36,39]
規(guī)則2：結(jié)構(gòu)(或聯(lián)合)的整體對齊規(guī)則：在數(shù)據(jù)成員完成各自對齊之后，結(jié)構(gòu)(或聯(lián)合)本身也要進(jìn)行對齊，對齊將按照#pragma pack指定的數(shù)值和結(jié)構(gòu)(或聯(lián)合)最大數(shù)據(jù)成員長度中，比較小的那個進(jìn)行
整體對齊系數(shù) = min((max(double,char,int), 8) = 8，將內(nèi)存大小由39補(bǔ)齊到8的整數(shù)倍40
char型，長度1<8,其實offset=41，存儲位置區(qū)間[41]
整體對齊系數(shù) = min((max(int,short,char,double), 8) = 8，將內(nèi)存大小由41補(bǔ)齊到8的整數(shù)倍48
所以最終對齊后的大小為48字節(jié)
