面试题：C++ 内存访问机制之中等难度题

Question

在C++中，结构体的内存对齐规则是怎样的？请举例说明如何计算一个结构体的实际占用内存大小。

Answer 1

1. 内存对齐规则：
   • 基础类型对齐：基础数据类型（如char、int、double等）有其自身的对齐要求。一般来说，char的对齐字节数为1，int通常为4（在32位系统下）或8（在64位系统下），double通常为8。
   • 结构体成员对齐：结构体的成员按照声明顺序依次存储，每个成员的偏移量（相对于结构体起始地址）必须是该成员自身对齐字节数的整数倍。如果某个成员之前的空间不足以满足对齐要求，编译器会在成员之间填充一些字节，以保证对齐。
   • 结构体整体对齐：结构体的总大小必须是其最大对齐成员的对齐字节数的整数倍。如果不足，编译器会在结构体末尾填充字节。
2. 计算示例：

#include <iostream>

struct MyStruct {
    char a; // 1字节，对齐字节数为1
    int b;  // 4字节，对齐字节数为4
    short c; // 2字节，对齐字节数为2
};

int main() {
    std::cout << "MyStruct size: " << sizeof(MyStruct) << std::endl;
    return 0;
}

• 对于MyStruct：
  • a占用1字节，偏移量为0，满足对齐要求。
  • b的对齐字节数为4，a之后的偏移量为1，不满足b的对齐要求，所以在a后填充3字节，使b的偏移量为4，b占用4字节。
  • c的对齐字节数为2，b之后偏移量为8，满足对齐要求，c占用2字节。
  • 此时结构体总大小为1 + 3 + 4 + 2 = 10字节，但结构体整体对齐要求是最大对齐成员（这里是b，对齐字节数为4）的整数倍，所以末尾再填充2字节，最终MyStruct的实际占用内存大小为12字节。运行上述代码，sizeof(MyStruct)的输出结果为12。