C 內存對齊
對於程序員來說，最煩惱最耗時的工作莫過於與內存打交道，但是內存至關重要，不得不對其保持最大的警惕。
爲什麼需要內存對齊？
- 平臺原因：不是所有的一歐諾個見平臺都能訪問任意地址上的任意數據的；某些硬件平臺如果訪問未對齊的地址，則會報出對齊錯誤，有些專業的處理器通常不支持訪問未對齊地址。
- 性能原因：數據結構（尤其是棧）應該儘可能地在自然邊界對其。原因在於，爲了訪問未對齊的內存，處理器需要做兩次內存訪問，而對齊的內存訪問僅需要一次。
計算機通常以字大小的塊來處理內存，一個字是計算機數據的自然單位，通常由計算機架構決定。現代通用計算機通常是4個字節（32位）或8個字節（64位）。
假設處理器，一次讀取4個字節的數據。且內存如圖所示
若保存4字節的int類型，不需要進行額外工作就可以正確對齊，因爲int數據類型大小與該架構的數據自然單元契合。
若我們放置一個char
short
int
這將需要兩次內存訪問，並且進行移位來獲取int數據。這將比內存對齊的數據至少花費兩倍時間，因爲計算機科學家們提出了內存對齊的方法。在本例中，添加一些padding在第一個字節，確保有效對齊
上圖所示被認爲是自然對齊，編譯器會自動添加正確的padding根據目標平臺。
內存對齊規則
默認對齊
如果有指定對齊字節數目，則編譯器會按 類或結構中最大類型長度來對齊。可以通過語句#pragma pack(i)來指定對齊字節數目，i的取值爲1, 2, 4, 8, 16
對齊規則：
- 如果設置了內存對齊爲 i 字節，類中最大成員對齊字節數爲j，那麼整體對齊字節n = min(i, j) （某個成員的對齊字節數定義：如果該成員是c++自帶類型如int、char、double等，那麼其對齊字節數=該類型在內存中所佔的字節數；如果該成員是自定義類型如某個class或者struct，那個它的對齊字節數 = 該類型內最大的成員對齊字節數）
- 每個成員對齊規則：類中第一個數據成員放在offset爲0的位置；對於其他的數據成員（假設該數據成員對齊字節數爲k），他們放置的起始位置offset應該是 min(k, n) 的整數倍
- 整體對齊規則：最後整個類的大小應該是n的整數倍
- 當設置的對齊字節數大於類中最大成員對齊字節數時，這個設置實際上不產生任何效果；當設置對齊字節數爲1時，類的大小就是簡單的把所有成員大小相加
示例
Example 1
未指定對其字節，則n = 4即最大成員int的大小
struct Foo{
char x; // 1 byte 放在偏移爲0的地址，位置區間爲[0]
short y; // 2 bytes 起始位置應該是2的倍數，即2, 位置區間爲[2, 3]
int z; // 4 bytes 起始位置應爲4的倍數，位置區間爲[4, 7]
};此時成員共佔用[0-7] 8個字節，還需整體對齊，大小應該是4的倍數，即8
Example 2
假設指定對其字節爲8， 那麼n = min(8, 8) = 8
struct Foo{
char x; // 1 byte 起始位置爲0， 位置區間爲[0]
double y; // 8 bytes 起始位置應爲8的倍數，即8， 位置區間爲[8, 15]
char z; // 1 byte 起始位置應爲1的倍數，即16， 位置區間爲[16]
}此時成員共佔用17字節，還要整體對齊，爲8的倍數，故大小爲24