【C++底层知识】内存对齐与结构体大小分析，一次搞懂！-野牛程序员教少儿编程

一、? 什么是结构体？

结构体是用来封装多个不同类型数据的一种复合数据类型。例如：

struct Student {
    char gender;     // 1 字节
    int age;         // 4 字节
    double height;   // 8 字节
};

上面这个结构体看起来是：

• char 1字节

• int 4字节

• double 8字节
  ? 合起来应该是 1 + 4 + 8 = 13 字节

但！实际内存中它不是13字节，而可能是16 或 24 字节？

? 为什么会多出空间？这就涉及到了【内存对齐】。

二、? 什么是内存对齐？

为了提高CPU访问效率，编译器会按照一定的规则对变量进行“对齐处理”，比如：

• int 要从 4字节的倍数地址 开始

• double 要从 8字节的倍数地址 开始

• 编译器会在变量之间自动添加“填充字节”（padding）以保持对齐

三、? 示例演示对齐效果

#include <iostream>
using namespace std;

struct A {
    char a;   // 1字节
    int b;    // 4字节
    char c;   // 1字节
};

int main() {
    cout << "结构体A的大小为：" << sizeof(A) << endl;
    return 0;
}

? 输出：

结构体A的大小为：12

? 分析过程：

✅ 所以总大小是：1 + 3 + 4 + 1 + 3 = 12 字节

四、? 内存对齐规则总结

1. 每个成员变量按照其类型的“对齐数”对齐

2. 对齐数 = min(成员大小, 编译器默认对齐值，通常是 8)

3. 整个结构体大小 = 最大对齐数的倍数

五、? 结构体大小计算口诀

成员按类型大小对齐，
间隙用 padding 填齐；
结构体总长为最大对齐倍数！

六、? 如何取消内存对齐？

可以用 #pragma pack(n) 控制对齐数：

#pragma pack(1)
struct B {
    char a;
    int b;
};
#pragma pack()

? 此时结构体 B 大小为 5 字节，无填充。

⚠️ 注意：取消对齐会降低访问效率，慎用！

七、? 实战测试练习题

1️⃣ 写出下面结构体的实际大小并解释：

struct Test {
    char a;
    double b;
    int c;
};

2️⃣ 改变成员顺序，让结构体 Test 的大小尽可能小。

八、? 小贴士：结构体如何排布更省空间？

将大的类型（如 double、int）放前面，小的（如 char）放后面，减少中间 padding。

例如：

struct Optimized {
    double d; // 8字节
    int i;    // 4字节
    char c;   // 1字节
};

✅ 这比 char + int + double 排列更节省空间。

九、? 适用场景与思考拓展

? 小结

内存对齐 ≠ 浪费内存，而是为了 高效存取数据。
理解结构体内存布局，有助于掌握底层原理，写出更高效、更规范的程序。