面试题：C++ struct内存布局与成员对齐

Question

struct B { char a; int b; double c; }; struct C { int b; char a; double c; }; 请分别阐述struct B和struct C实例化对象的内存布局差异，为什么会有这样的差异，并且计算出它们各自的大小。

Answer 1

struct B的内存布局及大小

1. 内存布局：
   • char a 占1字节。由于结构体成员对齐原则，int b 占4字节，它需要对齐到4字节的边界，所以 char a 后会填充3字节，使得 int b 从4字节边界开始存储。double c 占8字节，它需要对齐到8字节边界，int b 后填充4字节，double c 从8字节对齐边界开始存储。
   • 整体布局为：char a（1字节）+ 填充（3字节）+ int b（4字节）+ 填充（4字节）+ double c（8字节）。
2. 大小计算：总大小为1 + 3 + 4 + 4 + 8 = 20字节。

struct C的内存布局及大小

1. 内存布局：
   • int b 占4字节，从4字节对齐边界开始存储。char a 占1字节，char a 后填充3字节，使得 double c 能从8字节对齐边界开始存储。
   • 整体布局为：int b（4字节）+ char a（1字节）+ 填充（3字节）+ double c（8字节）。
2. 大小计算：总大小为4 + 1 + 3 + 8 = 16字节。

内存布局差异及原因

1. 差异：struct B 中 char a 在前，导致为了对齐 int b 有较多填充字节；struct C 中 int b 在前，char a 后填充字节相对较少，整体大小不同，内存布局细节不同。
2. 原因：结构体的内存布局遵循成员对齐原则。每个成员都要对齐到自身大小的整数倍边界（一般情况，不同编译器可能有细微差异），结构体的总大小也要是其最大成员大小的整数倍。这种对齐方式是为了提高CPU访问内存的效率，因为CPU在读取数据时，如果数据存储在自然对齐的地址上，访问速度会更快。