面试题：C语言结构体中成员对齐规则及应用

Question

请简述C语言结构体成员对齐的规则，并编写一个结构体，使其占用内存空间最小，同时说明如何计算该结构体的大小。

Answer 1

C语言结构体成员对齐规则

1. 第一个成员：结构体的第一个成员在其自身大小的整数倍地址处开始存储。例如，一个char类型成员，会从偏移量0处开始存储，因为char大小为1字节，0是1的整数倍。
2. 后续成员：从一个地址开始存储，该地址是该成员自身大小的整数倍。例如，int类型（假设int为4字节）的成员，存储地址必须是4的整数倍。如果前面成员占用的空间不足，会在前面成员之后填充字节以满足对齐要求。
3. 结构体整体：结构体的总大小必须是其最大成员大小的整数倍。如果不满足，会在结构体末尾填充字节以达到这个要求。

占用内存空间最小的结构体示例

#include <stdio.h>

// 定义一个结构体，按顺序排列成员以减少填充
struct MinSizeStruct {
    char a;
    short b;
    int c;
};

在此结构体中，char类型的a占1字节，short类型的b需要2字节对齐，因此在a后填充1字节，b从偏移量2处开始，占用2字节，int类型的c需要4字节对齐，从偏移量4处开始，占用4字节。

计算该结构体大小

1. 成员占用：a占用1字节，b占用2字节，c占用4字节。
2. 填充字节：为了满足b的对齐要求，在a后填充1字节。
3. 结构体总大小：1 + 1（填充）+ 2 + 4 = 8字节。同时，8也是结构体中最大成员int（4字节）的整数倍，满足结构体整体对齐要求。所以该结构体大小为8字节。可以使用sizeof(struct MinSizeStruct)获取其大小。