结构对齐可能会浪费内存？

Posted 2023-02-17

【中文标题】结构对齐可能会浪费内存？

【英文标题】：Struct alignment may waste memory？

【发布时间】：2020-02-11 04:34:25

【问题描述】：

现在我有一个 struct st，其中包含另一个 struct：

struct st2 
    char b = 2;
    long c = 3;
;

struct st 
    char a = 1;
    st2 mySt;
    int d = 4;
    char e = 5;
;

当我在内存中检查这个struct st时，它是这样的：

0x7fffffffdce0: 0x01    0x00    0x00    0x00    0x00    0x00    0x00    0x00
0x7fffffffdce8: 0x02    0x00    0x00    0x00    0x00    0x00    0x00    0x00
0x7fffffffdcf0: 0x03    0x00    0x00    0x00    0x00    0x00    0x00    0x00
0x7fffffffdcf8: 0x04    0x00    0x00    0x00    0x05    0x00    0x00    0x00

mySt 的第一个字符似乎是 8 对齐的（在 x64 中，我认为这是使用 struct st2 的大小，而 #pragma pack 默认为 8）。

不过，如果让我设计编译器，我会把mySt拆开，把mySt的每一个基本类型都当作st的，所以成员a和b之间应该没有填充：

struct st 
    char a = 1;
    char b = 2;  // unwind mySt
    long c = 3;  // unwind mySt
    int d = 4;
    char e = 5;
;

// Now the char a and b can storage in just one qword, by unwinding the sub structure.
0x7fffffffdcf0: 0x01    0x02    0x00    0x00    0x00    0x00    0x00    0x00
0x7fffffffdcf8: 0x03    0x00    0x00    0x00    0x00    0x00    0x00    0x00
0x7fffffffdd00: 0x04    0x00    0x00    0x00    0x05    0x00    0x00    0x00

那么问题来了：为什么编译器没有与每个子结构中的基本类型对齐，而是与整个子结构的大小对齐？这不是浪费内存吗？

【参考方案1】：

st2 的所有实例都具有相同的布局。存储对象的位置可能不会影响该布局。对象是否是成员可能不会影响该布局。编译器不能简单地选择mySt 的成员之一并将其存储在对象之外。

考虑将st2 传递给函数：

void some_function(st2&);

该函数无法知道该对象来自何处。但它必须能够访问对象的成员。对象的布局必须在编译时知道。如果st2 的一个实例与另一个实例的布局不同，该函数如何知道？