struct的記憶體對齊

結構體位元組對齊能減少記憶體占用，提高記憶體訪問效率。不論在x86或arm處理器上c的每種型別儲存都會要求記憶體對齊，除char以外。結構體中不能包含結構體本身，但可以包含指標。由於平台原因對齊大小不同，可能同乙個結構體得到的大小會不同，但一般的對齊規則如下：

chars可以從任何位元組位址開始，2位元組shorts必須從偶數字址開始，4位元組的ints或floats必須從被4整除的位址開始，而8位元組的longs或doubles必須從被8整除的位址開始。

從偏移量為0的位址處開始，盡量按照同型別儲存，減少記憶體的空白。

結構體總大小為所有成員中最大對齊數的整數倍。

如果巢狀了結構體，結構體的整體大小是包括巢狀結構體的成員在內的所有最大對齊數的整數倍（可以想成把巢狀結構體inline）。

在64位amd機器上，對於如下結構體：

struct t

;int
main()

在64位amd機器上，假設如下帶有巢狀結構體的結構體：

struct si

;struct t
;int
main()

按照對齊規則，第乙個結構體的起始位址存放pot，or從8號位置開始儲存，因為它正好存放在它的倍數的位址上，此時儲存到12號位址，但是*x需要從它的倍數字址16號位址開始儲存8位元組到24，24正好也是最大對齊數8的整數倍，所以第乙個結構體的大小為24。對於第二個結構體同理，str存放起始位址，指標8位元組從8號位址存放到16號位址，s接著存放，所以大小為40。

如上所示的結構體struct t，它一開始儲存較小的資料型別，然後儲存較大的資料型別，導致中間產生很多的空白空間，對於一些結構體的整體大小也會變大，解決這種問題最簡單的方式就是進行reorder，使所有與指標對齊的字段都放在首位，在64位機器上，它們將是8個位元組，然後是4位元組的型別，然後是2位元組的型別，最後是字元型別。

對於以下結構體f，對其進行reorder之後得到的結構體f_reorder：

struct f

;struct f_reorder 
;int
main()

進行reorder之後結構體整體大小變小，而且在記憶體的儲存填充的更好。reorder也不是總能帶來正收益，比如reorder之後可能打亂了冷熱的結構，反而帶來了負收益，此時需要結合structure進行split或是peeling等操作。

了解關於結構體布局優化相關的內容，可參考:編譯優化之 - 結構資料布局優化入門

references:

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