面试题：C++中结构体的内存对齐规则及示例

Question

请阐述C++中结构体的内存对齐规则，并给出一个结构体示例，计算其实际占用内存大小，并解释计算过程。

Answer 1

内存对齐规则

1. 第一个成员：结构体的第一个成员在结构体变量偏移量为0的地址处。
2. 其他成员：其他成员要对齐到某个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。在Visual Studio中，默认对齐数为8，在GCC中，默认对齐数为4。
3. 结构体总体：结构体的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. 嵌套结构体：如果结构体A里嵌套结构体B，B里的第一个成员的对齐规则与A一样，结构体B作为A的成员，其对齐规则是其内部最大对齐数的整数倍，结构体A的总大小也是最大对齐数的整数倍（包括B的最大对齐数）。

示例

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

计算实际占用内存大小及过程

1. 成员a：char类型大小为1字节，对齐数为1（char大小1与默认对齐数8或4的较小值），所以a从偏移量0开始，占用1字节。
2. 成员b：int类型大小为4字节，对齐数为4（int大小4与默认对齐数8或4的较小值）。由于前一个成员a占用1字节，下一个地址偏移量为1，不是4的整数倍，需要填充3字节，使得b从偏移量4开始，占用4字节。此时已占用8字节。
3. 成员c：short类型大小为2字节，对齐数为2（short大小2与默认对齐数8或4的较小值）。当前偏移量为8，是2的整数倍，c从偏移量8开始，占用2字节。此时总占用10字节。
4. 结构体总体：最大对齐数为4（int的对齐数），10不是4的整数倍，需要填充2字节，所以结构体Test实际占用内存大小为12字节。