一、什麼是對齊，以及為什麼要對齊：

1. 現代計算機中記憶體空間都是按照byte劃分的，從理論上講似乎對任何型別的變數的訪問可以從任何地址開始，但實際情況是在訪問特定變數的時候經常在特定的記憶體地址訪問，這就需要各型別資料按照一定的規則在空間上排列，而不是順序的一個接一個的排放，這就是對齊。

2. 對齊的作用和原因：各個硬體平臺對儲存空間的處理上有很大的不同。一些平臺對某些特定型別的資料只能從某些特定地址開始存取。其他平臺可能沒有這種情況， 但是最常見的是如果不按照適合其平臺的要求對資料存放進行對齊，會在存取效率上帶來損失。比如有些平臺每次讀都是從偶地址開始，如果一個int型（假設為 32位）如果存放在偶地址開始的地方，那麼一個讀週期就可以讀出，而如果存放在奇地址開始的地方，就可能會需要2個讀週期，並對兩次讀出的結果的高低 位元組進行拼湊才能得到該int資料。顯然在讀取效率上下降很多。這也是空間和時間的博弈。

二、對齊的實現

通常，我們寫程式的時候，不需要考慮對齊問題。編譯器會替我們選擇適合目標平臺的對齊策略。當然，我們也可以通知給編譯器傳遞預編譯指令而改變對指定資料的對齊方法。
但是，正因為我們一般不需要關心這個問題，所以因為編輯器對資料存放做了對齊，而我們不瞭解的話，常常會對一些問題感到迷惑。最常見的就是struct資料結構的sizeof結果，出乎意料。為此，我們需要對對齊演算法所瞭解。

相同的對齊方式下，結構體內部資料定義的順序不同，結構體整體佔據記憶體空間也不同，如下：
設結構體如下定義：
structA
{
    int    a;
    char  b;
    shortc;
};
結構體A中包含了4位元組長度的int一個，1位元組長度的char一個和2位元組長度的short型資料一個。所以A用到的空間應該是7位元組。但是因為編譯器要對資料成員在空間上進行對齊。所以使用sizeof(strcut A)

值為8。
現在把該結構體調整成員變數的順序。
structB
{
    char  b;
     int    a;
     shortc;
};
這時候同樣是總共7個位元組的變數，但是sizeof(struct B)的值卻是12。

下面我們使用預編譯指令#progma pack (value)來告訴編譯器，使用我們指定的對齊值來取代預設的。
#progma pack(2)
structC
{
     charb;
    int    a;
    shortc;
};
#progma pack ()
sizeof(struct C)值是8。

修改對齊值為1：
#progma pack(1)
struct

D
{
     charb;
     int    a;
     shortc;
};
#progma pack()
sizeof(struct D)值為7。

對於char型資料，其自身對齊值為1，對於short型為2，對於int,float,double型別，其自身對齊值為4，單位位元組。  

這裡面有四個概念值：
1.資料型別自身的對齊值：就是上面交代的基本資料型別的自身對齊值。
2.指定對齊值：#progma pack (value)時的指定對齊值value。
3.結構體或者類的自身對齊值：其資料成員中自身對齊值最大的那個值。
4.資料成員、結構體和類的有效對齊值：自身對齊值和指定對齊值中小的那個值。
有了這些值，我們就可以很方便的來討論具體資料結構的成員和其自身的對齊方式。有效對齊值N是最終用來決定資料存放地址方式的值，最重要。有效對齊N，就是表示“對齊在N上”，也就是說該資料的"存放起始地址%N=0". 而資料結構中的資料變數都是按定義的先後順序來排放的。第一個資料變數的起始地址就是資料結構的起始地址。結構體的成員變數要對齊排放，結構體本身也要根據自身的有效對齊值圓整(就是結構體成員變數佔用總長度需要是對結構體有效對齊值的整數倍，結合下面例子理解)。這樣就不能理解上面的幾個例子的值了。
例子分析：
分析例子B；
structB
{
     charb;
     int    a;
    shortc;
};
假設B從地址空間0x0000開始排放。該例子中沒有定義指定對齊值，在筆者環境下，該值預設為4。

第一個成員變數b的自身對齊值是1，比指定或者預設指定對齊值4小，所以其有效對齊值為1，所以其存放地址0x0000符合0x0000%1=0.

第二個成員變數a，其自身對齊值為4，所以有效對齊值也為4，所以只能存放在起始地址為0x0004到0x0007這四個連續的位元組空間中，符合0x0004%4=0, 且緊靠第一個變數。

第三個變數c,自身對齊值為2，所以有效對齊值也是2，可以存放在0x0008到0x0009這兩個位元組空間中，符合0x0008%2=0。所以從0x0000到0x0009存放的都是B內容。

再看資料結構B的自身對齊值為其變數中最大對齊值(這裡是b）所以就是4，所以結構體的有效對齊值也是4。根據結構體圓整的要求，0x0009到0x0000=10位元組，（10＋2）％4＝0。所以0x0000A到0x000B也為結構體B所佔用。故B從0x0000到0x000B共有12個位元組,sizeof(struct B)=12;

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對齊方式（變數存放的起始地址相對於結構的起始地址的偏移量）
Char
偏移量必須為sizeof(char)即1的倍數
int
偏移量必須為sizeof(int)即4的倍數
float
偏移量必須為sizeof(float)即4的倍數
double
偏移量必須為sizeof(double)即8的倍數
Short
偏移量必須為sizeof(short)即2的倍數
各成員變數在存放的時候根據在結構中出現的順序依次申請空間，同時按照上面的對齊方式調整位置，空缺的位元組VC會自動填充。同時VC為了確保結構的大小為結構的位元組邊界數（即該結構中佔用最大空間的型別所佔用的位元組數）的倍數，所以在為最後一個成員變數申請空間後，還會根據需要自動填充空缺的位元組。
下面用前面的例子來說明VC到底怎麼樣來存放結構的。

struct MyStruct
{
double dda1;
char dda;
int type
}；

為上面的結構分配空間的時候，VC根據成員變量出現的順序和對齊方式，先為第一個成員dda1分配空間，其起始地址跟結構的起始地址相同（剛好偏移量0剛好為sizeof(double)的倍數），該成員變數佔用sizeof(double)=8個位元組；接下來為第二個成員dda分配空間，這時下一個可以分配的地址對於結構的起始地址的偏移量為8，是sizeof(char)的倍數，所以把dda存放在偏移量為8的地方滿足對齊方式，該成員變數佔用 sizeof(char)=1個位元組；接下來為第三個成員type分配空間，這時下一個可以分配的地址對於結構的起始地址的偏移量為9，不是sizeof (int)=4的倍數，為了滿足對齊方式對偏移量的約束問題，VC自動填充3個位元組（這三個位元組沒有放什麼東西），這時下一個可以分配的地址對於結構的起始地址的偏移量為12，剛好是sizeof(int)=4的倍數，所以把type存放在偏移量為12的地方，該成員變數佔用sizeof(int)=4個位元組；這時整個結構的成員變數已經都分配了空間，總的佔用的空間大小為：8+1+3+4=16，剛好為結構的位元組邊界數（即結構中佔用最大空間的型別所佔用的位元組數sizeof(double)=8）的倍數，所以沒有空缺的位元組需要填充。所以整個結構的大小為：sizeof(MyStruct)=8+1+ 3+4=16，其中有3個位元組是VC自動填充的，沒有放任何有意義的東西。
下面再舉個例子，交換一下上面的MyStruct的成員變數的位置，使它變成下面的情況：

struct MyStruct
{
char dda;
double dda1;  
int type
}；

這個結構佔用的空間為多大呢？在VC6.0環境下，可以得到sizeof(MyStruc)為24。結合上面提到的分配空間的一些原則，分析下VC怎麼樣為上面的結構分配空間的。（簡單說明）

struct MyStruct
{
char dda;      //偏移量為0，滿足對齊方式，dda佔用1個位元組；
double dda1;//下一個可用的地址的偏移量為1，不是sizeof(double)=8
                    //的倍數，需要補足7個位元組才能使偏移量變為8（滿足對齊
                   //方式），因此VC自動填充7個位元組，dda1存放在偏移量為8
                  //的地址上，它佔用8個位元組。
int type；    //下一個可用的地址的偏移量為16，是sizeof(int)=4的倍
           //數，滿足int的對齊方式，所以不需要VC自動填充，type存
           //放在偏移量為16的地址上，它佔用4個位元組。
}；//所有成員變數都分配了空間，空間總的大小為1+7+8+4=20，不是結構
   //的節邊界數（即結構中佔用最大空間的型別所佔用的位元組數sizeof
   //(double)=8）的倍數，所以需要填充4個位元組，以滿足結構的大小為
   //sizeof(double)=8的倍數。

所以該結構總的大小為：sizeof(MyStruc)為1+7+8+4+4=24。其中總的有7+4=11個位元組是VC自動填充的，沒有放任何有意義的東西。
VC對結構的儲存的特殊處理確實提高CPU儲存變數的速度，但是有時候也帶來了一些麻煩，我們也遮蔽掉變數預設的對齊方式，自己可以設定變數的對齊方式。

VC 中提供了#pragma pack(n)來設定變數以n位元組對齊方式。n位元組對齊就是說變數存放的起始地址的偏移量有兩種情況：第一、如果n大於等於該變數所佔用的位元組數，那麼偏移量必須滿足預設的對齊方式，第二、如果n小於該變數的型別所佔用的位元組數，那麼偏移量為n的倍數，不用滿足預設的對齊方式。結構的總大小也有個約束條件，分下面兩種情況：如果n大於所有成員變數型別所佔用的位元組數，那麼結構的總大小必須為佔用空間最大的變數佔用的空間數的倍數；
否則必須為n的倍數。下面舉例說明其用法。

#pragma pack(push) //儲存對齊狀態
#pragma pack(4)//設定為4位元組對齊
struct test
{
char m1;
double m4;
int m3;
};
#pragma pack(pop)//恢復對齊狀態

以上結構的大小為16，下面分析其儲存情況，首先為m1分配空間，其偏移量為0，滿足我們自己設定的對齊方式（4位元組對齊），m1佔用1個位元組。接著開始為 m4分配空間，這時其偏移量為1，需要補足3個位元組，這樣使偏移量滿足為n=4的倍數（因為sizeof(double)大於n）,m4佔用8個位元組。接著為m3分配空間，這時其偏移量為12，滿足為4的倍數，m3佔用4個位元組。這時已經為所有成員變數分配了空間，共分配了16個位元組，滿足為n的倍數。如果把上面的#pragma pack(4)改為#pragma pack(16)，那麼我們可以得到結構的大小為24。（請讀者自己分析）

============================相關案例===========================

Intel、微軟等公司曾經出過一道類似的面試題：

#include <iostream.h>
#pragma pack(8)
struct example1
{
short a;
long b;
};
struct example2
{
char c;
example1 struct1;
short e;
};
#pragma pack()
int main(int argc, char* argv[])
{
example2 struct2;
cout << sizeof(example1) << endl;
cout << sizeof(example2) << endl;
cout << (unsigned int)(&struct2.struct1) - (unsigned int)(&struct2) << endl;
return 0;
}

問程式的輸入結果是什麼？
答案是：
8
16
4


  面試題的解答
至此，我們可以對Intel、微軟的面試題進行全面的解答。
程式中第2 行#pragma pack (8)雖然指定了對界為8，但是由於struct example1 中的成員最大
size 為4（long 變數size 為4），故struct example1 仍然按4 位元組對界，struct example1 的size
為8，即第18 行的輸出結果；
struct example2 中包含了struct example1，其本身包含的簡單資料成員的最大size 為2（short
變數e），但是因為其包含了struct example1，而struct example1 中的最大成員size 為4，struct
example2 也應以4 對界，#pragma pack (8)中指定的對界對struct example2 也不起作用，故19 行的
輸出結果為16；
由於struct example2 中的成員以4 為單位對界，故其char 變數c 後應補充3 個空，其後才是
成員struct1 的記憶體空間，20 行的輸出結果為4。

union A
{
int a[5];
char b;
double c;
};

struct B
{
int n;
A a;
char c[10];
}

sizeof(B) = ?

答案：

union A: 
{ 
int a[5]; //20 
char b; //1 
double c; //8 
}

我想的是union中變數共用記憶體，應以最長的為準，那就是20。可實際不然，sizeof(A)=24，

A中各變數的預設記憶體對齊方式，必須以最長的double 8位元組對齊，故應該是sizeof(A)=24。

struct B
{
int n; // 4位元組
A a; // 24位元組
char c[10]; // 10位元組
};

實際佔用38位元組，但由於A是8位元組對齊的，所以int n和char c[10]也需要8位元組對齊，總共8+24+16=48