想要理解C++結(jié)構(gòu)體收捣，要從兩個角度出發(fā)届案。 一是內(nèi)存角度，而是面向?qū)ο蠼嵌取?/p>
為什么要內(nèi)存對齊
內(nèi)存對齊本來是個很簡單的事罢艾，但是網(wǎng)上始終沒有一個很好的解釋楣颠。 有些人強調(diào)背公式，有些人強調(diào)記規(guī)則咐蚯。但我認為這些都不必要童漩。
先來看看數(shù)據(jù)是怎樣從DRAM中讀出的。
在這幅圖上仓蛆，最重要的信息是 主存儲器地址A處的64-bit數(shù)據(jù)睁冬。這說明，當CPU給出一個地址時看疙，存儲器會同時讀出64-bit數(shù)據(jù)， 也就是8 byte直奋。 當CPU想拿到內(nèi)存條里的某個變量時能庆，無論這個變量是 4 byte 的 int 型變量，還是 1 byte 的 char 型變量脚线， 內(nèi)存條都會提供給 CPU 8 byte 的數(shù)據(jù)搁胆。
那么問題來了。假設(shè)有一個 double 類型的變量邮绿，它占用了 8 byte渠旁。 但它在存儲器中的布局是下面這樣的。當CPU需要讀取這個變量時船逮，存儲器不得不傳輸兩次顾腊，而且每次都包含 4 byte 的垃圾數(shù)據(jù)。這會導(dǎo)致訪存性能下降挖胃。
為了避免這種情況杂靶，需要讓每個變量的首地址都是 8 的倍數(shù)。這也就是所謂的 按 8 字節(jié)對齊酱鸭。
速算結(jié)構(gòu)體尺寸
面試 C++ 崗時吗垮，計算結(jié)構(gòu)體占用的空間是必考題。 這里我獻出一個速算技巧凹髓。 比如有一個結(jié)構(gòu)體A烁登，請你計算sizeof(A)；的結(jié)果蔚舀。
struct A
{
char a;
double b;
char c;
};
首先饵沧，你要找出占用空間最大的成員變量锨络，比如 struct A中， double b占用空間最大捷泞，共占 8 byte足删。那么這個結(jié)構(gòu)體就要按 8 byte 對齊。
然后锁右，請你試想一個 8 byte 大的箱子失受。你要把所有成員變量逐個放進去。先放入 char a咏瑟，再放入double b拂到。
放入 char a后，當前行已經(jīng)沒有空間再容納 double b了码泞， 這時兄旬，剩余的空間（藍色所代表的）就是 memory padding，也就是編譯器為你填充的額外空間余寥。 double b會放在另一個8 byte 的箱子里领铐。
最后，放入 char c宋舷。這沒什么好說的绪撵， 8 byte 的箱子里只有它一個變量。
所以祝蝠，struct A最后所占用的空間音诈，是 24 byte。而且绎狭，struct A的內(nèi)存布局细溅，是非常規(guī)整的，每個成員變量的首地址儡嘶，都是 8 的倍數(shù)喇聊。 這樣，存儲器只需傳送3次社付，就可以讓CPU拿到struct A的全部數(shù)據(jù)承疲。
如何按指定字節(jié)對齊
雖然struct A的已經(jīng)完美對齊，但是 memory padding 有點大鸥咖，會造成空間浪費燕鸽。如果把箱子的尺寸從 8 byte 改為 4 byte，好像一樣可以對齊啼辣，只不過 double b會被切割啊研。
如何控制箱子的大小呢？如果你用 Visual Studio 寫 C++ 代碼，可以使用編譯器控制指令#pragma pack實現(xiàn)党远。
#pragma pack(4)
struct A
{
char a;
double b;
char c;
};
此時削解，執(zhí)行 sizeof(A)，結(jié)果是 16沟娱，這正好符合我們用速算法得到的結(jié)果氛驮。
Property Offset
property 是結(jié)構(gòu)體中數(shù)據(jù)成員的別名。比如 struct A中济似， char a是 property, double b也是 property矫废。 在 C/C++ 中，通過某種手段砰蠢，可以取得 property 相對于結(jié)構(gòu)體基地址的偏移蓖扑，你可以簡單理解為“唯一的代號”。 我們來看下面一段代碼：
size_t offset = (size_t) & (((A*)0)->c);
這個表達式的意思是台舱，把數(shù)字0轉(zhuǎn)換成結(jié)構(gòu)體指針后律杠，先拿到它的某個成員，再把這個成員地址轉(zhuǎn)換成數(shù)字竞惋。通過這個表達式柜去，可以取得某個 property 相對于結(jié)構(gòu)體基地址的偏移量。 它也算是一種“地址”拆宛，不過是相對的诡蜓。
有了 property offset后，只要提供一個結(jié)構(gòu)體基地址胰挑，就可以用取得 property。
double value = *(double*)((size_t)&a + offset);
其中椿肩， (size_t)&a將結(jié)構(gòu)體基地址轉(zhuǎn)化為一個數(shù)字瞻颂，(size_t)&a + offset把基地址和偏移加在一起，形成 property最終的地址郑象。最后贡这，把最終地址轉(zhuǎn)化為指針，再取值厂榛，就可以拿到property的值盖矫。
所以，對于任何類對象击奶，只要你能提供對象地址和property的偏移辈双，就可以訪問。其中柜砾，對象地址在運行期確定湃望，property offset 在 編譯期確定。
