面试题：C语言结构体对齐与内存优化策略

Question

在一个对内存使用极为敏感的C语言项目中，有如下结构体数组定义： ```c struct Data { char flag; int value1; double value2; short value3; }; struct Data dataArray[1000]; ``` 已知系统的对齐规则：`char`按1字节对齐，`short`按2字节对齐，`int`按4字节对齐，`double`按8字节对齐。为了优化内存占用，你会如何重新排列`Data`结构体的成员顺序？请说明优化前后内存占用的变化，并解释这样调整的原因。

Answer 1

1. 优化后结构体定义：

struct Data { 
    char flag; 
    short value3; 
    int value1; 
    double value2; 
}; 

2. 优化前后内存占用变化：
   • 优化前：
     • char占1字节，int占4字节，double占8字节，short占2字节。
     • 由于对齐规则，char后int需补齐3字节，int占4字节，double占8字节，double后short需补齐6字节，short占2字节。所以一个struct Data结构体大小为(1 + 3)+4 + 8+(6 + 2)=24字节。
     • dataArray[1000]占用内存为24 * 1000 = 24000字节。
   • 优化后：
     • char占1字节，short占2字节，无需补齐，int占4字节，无需补齐，double占8字节，无需补齐。一个struct Data结构体大小为1+2 + 4+8 = 15字节，按对齐规则需补齐为16字节。
     • dataArray[1000]占用内存为16 * 1000 = 16000字节。
     • 内存占用减少了24000 - 16000 = 8000字节。
3. 调整原因：
   • 按照对齐规则，尽量将占用字节数小的成员放在前面，占用字节数大的成员放在后面，这样可以减少补齐字节数，从而减少结构体整体的内存占用。在对内存使用极为敏感的项目中，这种优化可以显著节省内存空间。