C语言中关于结构体字节对齐问题和定义原则-内存分配

1、首先我们要知道一些变量所占据的内存有多少和字节的换算单位。

（1）1B（字节）= 8位（比特）

（2）1KB（千字节）= 1024(2^9)B（字节）

（3）1MB（兆字节）= 1024KB（千字节）

（4）1GB（吉字节）= 1024MB（兆字节）

（5）1TB（太字节） = 1024GB（吉字节）

2、C语言中变量所占据的内存。

#include 
int main()
{
	printf("int=%dn", sizeof(int));
	printf("short=%dn", sizeof(short));
	printf("char=%dn", sizeof(char));
	printf("float=%dn", sizeof(float));
	printf("double=%dn", sizeof(double));
	printf("int *=%dn", sizeof(int*));
	printf("char *=%dn", sizeof(char*));
	printf("float *=%dn", sizeof(float*));
	printf("double *%dn", sizeof(double*));
	return 0;
}

我们知道每个变量和它所占的内存后，我们就可以更好的去定义结构体了，首先明确结构体定义的原则：

#include 
int main()
{
	typedef struct Student 
	{
		int a;
		char c;
}Student;
	printf("%d", sizeof(Student));
	return 0;
}

        如果你不了解结构体的内存分配，你大概率会猜此结构体占内存为5个字节，正确答案：输出结果为8字节，一个整型加一个字符型变量，正常运算的确是5个字节，但是在结构体中存储方式是不同的，如图，在地址空间中a和c是并列的，结构体中也是挨着的，原则中，必须保证最长字节对齐，所以有3个字节是被浪费掉的，总体占据8个字节。

#include 
int main()
{
	typedef struct Student 
	{
		char a;
		int b;
		char c;
}Student;
	printf("%d", sizeof(Student));
	return 0;
}

一个字符型，两个整型变量，在结构体中要保证最长字节对齐，所以此结构体输出为12字节，空间内存分配如图

如图，最长字节对齐，所以每个变量占据4个字节，但是有6字节的空间是被浪费掉的,b的地址在a的后面，c的地址在b的后面，地址是从小到大排列的。

#include 
int main()
{
	typedef struct Student 
	{
		int a;
		char b;
		char c;
}Student;
	printf("%d", sizeof(Student));
	return 0;
}

如图，输出结果为8字节，三个变量和例1的两个变量内存空间占据相同，空间中内存分配如图：

最开始的原则中第二条我们说过保证整数倍地址对齐，最后两个字节被浪费，存储的8个位置我们给它地址进行编号，如图储存的变量位置必须是内存的整数倍，也就是说，如果两个占4字节的变量存储，那么都会被占满，或者是四个占2字节的变量，可以完全占用。

#include 
int main()
{
	typedef struct Student {
		int a;
		short b;
		char c;
		char d;
	}Student;
	printf("%d", sizeof(Student));
	return 0;
}

结构体中是定义了一个整型，一个短整型，两个字符型变量，以最长的int为标准，可以知道，地址空间中内存长度为4，整体占据内存为8字节。如图：内存没有被浪费。

#include 
int main()
{
	typedef struct Student {
		int a;
		char b;
		short c;
		char d;
	}Student;
	printf("%d", sizeof(Student));
	return 0;
}

结构体中定义了一个整型，一个短整型，两个字符型变量,定义的数量相同，但是因为地址空间的位置不同，它所占据的内存也不是和例3一样的8字节，它是12字节。如图：

 最长的整型变量a占据4个字节，按照原则2，保证整数倍地址对齐，c占两个字节，所以c的位置应该是2的整数倍如果对其进行编号，c的起始地址在6位置，d的位置在c后面，以此类推。

#include 
int main()
{
	typedef struct Student {
		int a;
		long long int  b;
		short c;
		int d;
		char e;
	}Student;
	printf("%d", sizeof(Student));
	return 0;
}

long long int 占据内存为8，计算此结构体所占内存为32字节，可以看到，每一行的地址空间最多8字节，第一行a，b地址在a后面，但是占据8个字节，所以第二行b，占据整行，然后第三行c占据2字节，2字节后面，是d占据4字节，最后一行e占1字节，空了七个字节。如图：

 那么，如何分配才能让它更好利用内存呢？内存为24字节。

 程序如下：

#include 
int main()
{
	typedef struct Student {
		long long int  a;
		int b;
		int c;
		short d;
		char e;
	}Student;
	printf("%d", sizeof(Student));
	return 0;
}

#include 
int main()
{
	typedef struct Student {
		char a : 2;
		char b : 2;
		char c : 2;
		char d : 2;
	}Student;
	printf("%d", sizeof(Student));
	return 0;
}

我们定义了4个字符型变量但是这种表示方法，是在硬件编程中常用的，尤其汇编语言中，这四个变量总计占1个字节，8位（看本文开头），a : 2 定义的是两位，占两个比特。

 字符型变量2字节，16位，本结构体中总计1个字节。