结构体数组中的内存对齐问题

Question

我有一个定义如下的结构体数组:

struct { int x; char y; } arr[10];

在我的机器上，int类型占用4个字节，char类型占用1个字节。我知道这些结构体会在内部填充，也就是说每个数组元素的大小将为8个字节。但是我想知道:

1) 这是因为下一个数组元素中的int类型成员需要对齐要求，还是

2) 因为由于结构体类型变量的自然对齐要求，每个结构体本身都应该对齐在8字节边界上。

为了让我的观点更清晰，第一个数组成员的起始地址应该是什么？ 如果它是一个8字节对齐的地址，正如第二种情况所指出的那样，这可能会成为定义大型二维数组时的问题，例如：

int arr[1000][1000];

这里，每个二维数组元素（即每个一维数组）应该在4000字节边界上对齐。机器可能没有足够内存来满足这种内存需求。

- Maxx.ag

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哪种编程语言？ - Raedwald

这是C语言。如果我对一个单独定义的结构体实例（而不是结构体数组的元素）应用sizeof，得到的答案是8字节而不是5字节。为什么会这样？即使在单个实例的情况下，当内存空闲时，编译器是否也填充了内存？ - Maxx.ag

Answer 1

我不确定我理解你提到的两个选项之间的区别。

C++中的每种类型都有一个自然对齐方式，其大小是多个字节的倍数。但对齐方式不一定等于对象的大小。

例如，int类型通常具有4个字节的自然对齐方式和4个字节的大小。

但是，虽然1000个int的数组的大小为4000字节，但它仍然只需要4字节的对齐方式。

复合类型（结构体和数组）仅需要与它们最对齐成员相同的对齐方式。1000个int的数组仅包含一种类型的对象：int。而该类型需要4字节对齐方式，因此整个数组也仅需要4字节对齐方式。

同样对于您的示例结构体，它的大小通常为8个字节，但它由int（需要4字节对齐）和char（需要1字节对齐）组成。因此，任何成员所需的最严格对齐方式为4，因此结构体需要4字节对齐方式。

- jalf

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非常感谢！我对这个概念有点困惑。另外，如果我在单独定义的结构体实例上应用 sizeof（而不是结构体数组的元素），我得到的答案是 8 字节，而不是 5 字节。为什么会这样？ - Maxx.ag

是的，这是由于数组中的元素之间不能有填充的另一个规则造成的。因此，假设您创建了一个包含结构体的数组。每个元素都必须对齐到 8 字节边界，但如果大小为 5，则第二个元素将放置在 5 字节边界上。因此，为确保每个元素都放置在 8 字节边界上，需要将大小设置为对齐要求的倍数。 - jalf