我们首先要知道什么是结构体，我们为什么要用结构体？

其实结构是一些值的集合，这些值称为成员变量。结构的每个成员可以是不同类型的变量。它使用的场合那就非常多了，例如我们想表示一个学生的信息，其中包含的就有姓名、性别、学号、年龄等等不同类型的数据，这时我们就需要用结构体来进行描述。

接下来，小编就来简要介绍一下结构体，本章的重点还是结构体的内存对齐！

 1结构体声明

 struct tag

 {

             member-list;

 }variable-list;

tag 是结构体标签，是一个可选的标志，它是用来引用该结构体的快速标记。

member-list 是标准的变量定义，比如 int i; 或者 float f，或者其他有效的变量定义。

variable-list 是声明的结构体变量（如上述中定义的变量是全局变量）。

下面是一个描述学生信息的小例子： 

struct Stu
{
 char name[20];//名字
 int age;//年龄
 char sex[5];//性别
 char id[20];//学号
}; 

2结构体变量的初始化 

 大家先看一下下面两段代码，我们再进行分析

//初始化：定义变量的同时赋初值。
struct Point p3 = {x, y};
struct Stu        //类型声明
{
 char name[15];//名字
 int age;      //年龄
};
struct Stu s = {"zhangsan", 20};//初始化

struct Node
{
 int data;
 struct Point p;
 struct Node* next; 
}n1 = {10, {4,5}, NULL}; //结构体嵌套初始化

以上两种对变量的初始化都是可行的，无非就是一种是在结构体声明外定义，还有一种是在结构体声明时进行了嵌套的初始化。 

好了，大致了解了结构体，我们接下来就详细介绍一下结构体的内存对齐，这个不管在学校的C语言考试还是在找工作时的面试，都是一个特别热门的考点！ 

首先我们得知道为什么会存在内存对齐？

 主要有以下两个原因：

1. 平台原因(移植原因)： 不是所有的硬件平台都能访问任意地址上的任意数据的；某些硬件平台只能在某些地址处取某些特定类型的数据，否则抛出硬件异常。

2. 性能原因： 数据结构(尤其是栈)应该尽可能地在自然边界上对齐。 原因在于，为了访问未对齐的内存，处理器需要作两次内存访问；而对齐的内存访问仅需要一次访 问。

 在分析里面之前，我们先来看一组练习题，大家也可以尝试写出来它们各自用了多少个字节。

//练习1
struct S1
{
 char c1;
 int i;
 char c2;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S1));
//练习2
struct S2
{
 char c1;
 char c2;
 int i;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S2));
//练习3
struct S3
{
 double d;
 char c;
 int i;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S3));
//练习4-结构体嵌套问题
struct S4
{
 char c1;
 struct S3 s3;
 double d;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S4));

3结构体对齐规则 

 1. 第一个成员在与结构体变量偏移量为0的地址处。

 2. 其他成员变量要对齐到某个数字（对齐数）的整数倍的地址处。 对齐数 = 编译器默认的一个对齐数与该成员大小的较小值。 （VS编译器中默认的值为8）

 3. 结构体总大小为最大对齐数（每个成员变量都有一个对齐数）的整数倍。

 4. 如果嵌套了结构体的情况，嵌套的结构体对齐到自己的最大对齐数的整数倍处，结构体的整 体大小就是所有最大对齐数（含嵌套结构体的对齐数）的整数倍。

如果光看上面的文字解释对齐规则，相信大多数人看了就会头大，那么我们就用画图的方式来一 一解释上述的规则。

 在这里我们先解释一下什么是偏移量。当我们创建好一个结构体变量时，计算机就会在内存中为这个结构体变量分配内存空间，那么偏移量就是指相对于内存的起始位置的大小，比如说偏移量为0，那么此时就是该结构体变量在内存中的起始点。如下图所示

上图右侧红色数字代表的就是偏移量。

接下来，我们就利用对齐规则来完成上述的练习题。

我们以练习1为例进行介绍，为了方便我们看，把练习1单独拿出来。

练习1 

struct  s1

{

           char  c1;

           int  i;

           char c2;

};

 根据规则1，结构体中第一个成员是在与结构体变量偏移量为0的地址处，那么不难理解这是要从偏移量为0的地址处（也就是起始点）出发，然后我们又看到第一个成员的类型是char，因此他所占的字节就是1个字节，其在内从中所占空间如下图所示：

接下来我们再看结构体中第二个成员，它的类型是int类型，因此所需要占用4个字节的内存空间。我们再看到规则2，它要求成员变量要对齐到对齐数的整数倍的地址处（对齐数 = 编译器默认的一个对齐数 与 该成员大小的较小值 ） ，由于小编使用的编译器是VS2022，它默认的对齐数是8，而我们这次要对齐的成员大小为4，因此根据规则2，我们这次的对齐数选择4。

分析出对齐数，还有一个细节就是我们要将成员变量对齐到对齐数的整数倍地址处，由于对齐数为4，那么最小的我们也要找到偏移量为4的地址处，如若没有，那就依次往后找，具体效果如下图所示：

 

 

接下来还有一个成员c2，利用上述分析，不难找到c2 在内存空间中的位置，如下图所示：

到此为止，我们分析完练习1中结构体内的所有成员，这时我们如果马上说该结构体大小为9，那真正去编译器运行的时候，就会发现这个答案是错误的。

那是由于我们忽略了规则3：结构体总大小为最大对齐数的整数倍，练习1中所有成员的对齐数的最大值是4，那9是4的整数倍吗，显然是不成立的。因此我们要找4的整数倍的数，比9大且是4的整数倍的最小值就是12了，所以最终得出的答案为结构体s1的总大小为12。

我们也可以在编译器中运行一下，看看我们的分析是否正确。

 

 我们可以看到，虽然结构体总大小为12，但是其中有些字节是没有用到的（如下图红色涂鸦部分），因此这也体现了结构体内存对齐的一个特点：以空间来换取时间。

 

至此，练习1我们已经完美解答了，但是结构体对齐规则中还有一条我们还没有用到，针对规则4，小编将结合练习4（结构体嵌套问题）来进行演示。

练习3

struct s3

{

        double d;

        char c;

        int i;

};

练习4

struct s4

{ 

        char c1;

        struct S3 s3;

        double d;

}; 

由于练习4中用到了练习3中结构体s3，根据上述对练习1的分析，我们不难求出结构体s3的总大小为16个字节。练习4与练习1最大的不同就是结构体s4中嵌套了结构体s3，根据规则4：如果嵌套了结构体的情况，嵌套的结构体对齐到自己的最大对齐数的整数倍处，结构体的整体大小就是所有最大对齐数（含嵌套结构体的对齐数）的整数倍。那具体是什么意思呢？

简单点说，就是结构体s3中最大的对齐数是8，那么结构体s3在结构体s4中的对齐数就是8，而它的大小则为结构体s3的总大小16，其他的不变，最终得到s4的总大小为32。具体效果也可以参照下图：

 

 

 同时，我们也可以在编译器中看下最终的结果是否正确。

 

 好了，到这里关于结构体对齐的相关知识就介绍完了，大家如果还不熟悉可以多做几道题练习一下，但是要注意的是在不同的编译器中，由于它的默认对齐数是不一样的，小编用的VS2022默认对齐数是8，大家也可以手动的设置默认对齐数，需要用到的指令是#pragma pack(num);其中num就是需要设置的对齐数。同时，也欢迎大家批评指正！！！