面试题：C++ 中结构体数据在内存中的对齐规则及示例

Question

请简述C++中结构体数据在内存中的对齐规则，并通过一段代码示例说明不同成员顺序对结构体大小的影响。

Answer 1

C++ 中结构体数据内存对齐规则

1. 对齐系数：每个数据类型都有自己的对齐系数，例如 char 通常为 1，short 通常为 2，int、float 通常为 4，double 通常为 8 等。不同编译器可能会有细微差别。
2. 结构体成员对齐：结构体成员存储时，其偏移量必须是其对齐系数的整数倍。如果不是，则在成员之间填充字节以满足对齐要求。
3. 结构体整体对齐：结构体的大小必须是其最大对齐系数成员的对齐系数的整数倍。如果不是，则在结构体末尾填充字节。

代码示例说明不同成员顺序对结构体大小的影响

#include <iostream>

// 定义结构体1
struct Struct1 {
    char a;
    int b;
    short c;
};

// 定义结构体2，成员顺序不同
struct Struct2 {
    int b;
    char a;
    short c;
};

int main() {
    std::cout << "Struct1 size: " << sizeof(Struct1) << std::endl;
    std::cout << "Struct2 size: " << sizeof(Struct2) << std::endl;
    return 0;
}

在上述代码中：

• Struct1 中 char a 占 1 字节，int b 对齐系数为 4，a 之后需填充 3 字节使 b 的偏移量为 4 的倍数，b 占 4 字节，short c 对齐系数为 2，b 之后无需填充，c 占 2 字节，最后结构体整体大小需为最大对齐系数（这里是 4）的整数倍，所以再填充 2 字节，Struct1 大小为 12 字节。
• Struct2 中 int b 占 4 字节，char a 对齐系数为 1，无需填充，占 1 字节，short c 对齐系数为 2，a 之后填充 1 字节使 c 的偏移量为 2 的倍数，c 占 2 字节，结构体整体大小已是最大对齐系数（4）的整数倍，Struct2 大小为 8 字节。这就体现了不同成员顺序对结构体大小的影响。