什么是内存对齐（字节对齐）？

省流

内存对齐指：某些类型的数据在内存中的起始地址必须是其对齐要求的整数倍。例如 4 字节的 int 通常要求起始地址能被 4 整除。编译器为结构体插入填充（padding），并可能在结构体末尾补齐，使数组中下一个元素仍然对齐。

对齐首先来自硬件与 ABI 约定：不少 CPU 对未对齐访问更慢，有的指令集或原子操作要求必须对齐，否则可能陷入异常或失去原子性。对齐也能让 CPU 一次总线/缓存行访问取到完整对象，减少跨边界访问。

struct、class（C++）、union 都会受对齐规则约束。union 的大小至少能容纳最大成员，并满足所有成员的对齐要求；结构体则按成员声明顺序布局并插入填充。具体对齐大小由平台 ABI 与编译选项决定，32 位与 64 位、不同架构之间可能不同。

为什么要对齐？

1. 硬件访问效率：对齐后的读写作一次对齐内存访问完成的概率更高。
2. 指令与原子语义：部分加载/存储、锁自由原子操作要求自然对齐。
3. ABI 稳定：同一平台上，编译器按统一规则排布局，才能让不同编译单元正确链接与传参。

常见规则（面试常用模型）

以“自然对齐”为默认讲解模型：

• 成员对齐值通常取其类型大小与平台最大对齐中的约定值（例如 32 位上 int 对齐 4）。
• 结构体自身的对齐，取成员中最大对齐要求。
• 结构体总大小必须是自身对齐的整数倍，便于该结构体组成数组时每个元素仍对齐。

地址：  0  1  2  3  4  5  6  7  8 ...
        [a][pad pad pad][  int b  ][ ...

上面的 pad 就是编译器插入的填充字节，对业务逻辑不可见，但计入 sizeof。

和“浪费内存”的关系

填充会让 sizeof(struct) 大于各字段大小之和。这是用空间换取符合 ABI 与硬件约束的布局。若需紧凑存储，可以使用：

• 调整成员声明顺序，减少中间空洞
• 编译器提供的紧凑打包属性（如 GNU 的 __attribute__((packed))）

打包能减小体积，但可能带来未对齐访问代价，或在部分场景下不安全；默认布局通常更稳妥。

答题时建议主动补一句

对齐规则以目标平台 ABI 为准；口头计算结构体大小时，要先声明假设（例如“按常见 32 位 ILP32，char 对齐 1、int 对齐 4”），再逐步累加偏移与末尾填充。