数据结构对齐

在计算机中，数据结构对齐（alignment）是指将数据结构的各个成员对齐到相对于结构体首地址的固定偏移量的过程。

为什么需要对齐

在计算机中，内存分配的最小单位是字节（byte）。CPU读取内存的方式是按照字长（word）读取，字长是指处理器一次能处理的二进制位数。例如，32位CPU的字长为4字节。

如果数据结构中的成员没有按照一定规则对齐，就可能存在跨字节存储的情况，这会增加CPU的读取次数，从而降低计算效率。此外，有些CPU甚至不支持跨字节存储。

数据结构对齐的规则

数据结构对齐遵循以下两条规则：

1. 结构体变量的起始地址必须是其成员中最大对齐要求的整数倍。
2. 结构体中每个成员的起始地址都必须是其类型对齐要求的整数倍。

数据类型对齐要求如下：

• char类型，对齐要求为1；
• short类型，对齐要求为2；
• int类型，对齐要求为4；
• long类型，对齐要求为4或8，具体取决于操作系统和CPU；
• float类型，对齐要求为4；
• double类型，对齐要求为8；
• 指针类型，对齐要求为4或8，具体取决于操作系统和CPU。

例子

下面的代码演示了数据结构对齐的效果：

#include <stdio.h>

struct test {
    char a;
    long b;
    int c;
    double d;
};

int main() {
    struct test t;
    printf("sizeof(test) = %ld\n", sizeof(t)); // output: sizeof(test) = 24
    return 0;
}

在这个例子中，结构体test有4个成员，它们的类型对齐要求分别为1、8、4、8，因此按照上述规则，结构体的大小为24字节。

总结

数据结构对齐是计算机编程中重要的概念，它能够提高CPU的读取效率和程序的运行速度。程序员需要对不同的数据类型的对齐要求有一定的了解，以便能够正确地设计数据结构。