C 语言中的结构体包含了各种成员，编译器会将结构体中的每个成员按其自然边界分配空间，合理的设置对齐规则，可以提高 CPU 的访问速度 (有些 CPU 会禁止非对齐，会抛出硬件异常)，降低结构体的占用空间。
简介
所谓的对齐，指的是内存中位置的对齐，通常是出于对性能的考虑，一般来说，如果一个变量的内存地址正好位于它长度的整数倍，就被称做自然对齐。
#include <stdio.h>
void main(void) {
char data[] = {0x05, 0x04, 0x03, 0x02, 0x01};
printf("%x\n", *(int *)(data + 1));
}
因为没有对齐，访问一个 int 类型的变量，实际会分成两次读取，导致效率低下。
对于标准数据类型，只要保证地址是它的长度的整数倍就可以了；数组按照元素类型对齐即可，当第一个元素对齐之后，后面元素自然对齐；联合会按照最大元素对齐。
剩下比较复杂的就是结构体，第一个变量的地址等同于数据结构的地址，另外，结构体中的成员也要对齐，同时，结构体也同样需要对齐。
自然对齐 对于基础类型来说，就是具体类型的长度，例如 short 为 2 字节，int 为 4 字节等 (与编译器相关)；而结构体则是最大的那个值。
指定对齐
每个平台上的编译器会有默认的对齐系数，一般 32 位系统是 4 ，而 64 位系统为 8 ，也可以通过如下方式修改某个代码范围的默认对齐方式。
- 通过伪指令
#pragma pack(n)将编译器将按照n个字节对齐，可以是124816。 - 结束时通过
#pragma pack()取消自定义字节对齐方式。
另外，对于结构体，还可以通过如下方式进行定义。
__attribute((aligned(n)))结构成员对齐在n字节自然边界上，如果有成员长度大于n，则按照最大成员的长度来对齐。__attribute__((packed))取消编译过程中的优化对齐，按照实际占用字节数进行对齐。
对齐规则
使用的对齐规则，会选择指定对齐和自然对齐的最小值，包括了数据成员以及整体的数据结构都需要进行对齐：
- 数据成员对齐，第一个数据成员放在
offset为0的地方，以后每个数据成员的对齐按照#pragma pack指定的数值n和这个数据成员长度中较小的那个进行对齐。 - 整体对齐，将按照
#pragma pack指定数值n和结构体中最大数据成员长度较小的那个进行。
也就是说，当 #pragma pack 的 n 值大于等于所有数据成员长度的时候，这个 n 值的大小将不产生任何效果。
位域对齐
位域尽量按照位进行填充，超过了当前类型的大小，会按照对齐规则从新的存储位置开始。
#include <stdio.h>
void main(void) {
struct bitfield {
unsigned char a:5;
unsigned char b:3;
unsigned char c:4;
};
// sizeof 2
printf("sizeof %d\n", sizeof(struct bitfield));
}
如果相邻的类型不同，那么不同的编译器实现略有不同，VC 不会压缩，而 GCC 则会压缩。
#include <stdio.h>
void main(void) {
struct bitfield {
unsigned int a:5;
unsigned char b:3;
};
// sizeof 4
printf("sizeof %d\n", sizeof(struct bitfield));
}
另外，当中间穿插了其它类型时，将不再进行压缩；而整个结构体同样是以最大类型进行对齐。
示例
基于 64 位平台，使用 #pragma pack 和 __attribute((aligned(n))) 等效，但是后者会更方便一些，所以直接使用后者。
示例代码
可以通过如下代码查看具体的对齐规则。
#include <stdio.h>
void main(void) {
struct align {
int a;
char b;
short c;
char d;
} __attribute((aligned(8)));
printf("__attribute((aligned)): %zd\n"
" a: %d\n"
" b: %d\n"
" c: %d\n"
" d: %d\n",
sizeof(struct align),
(&((struct align*)0)->a),
(&((struct align*)0)->b),
(&((struct align*)0)->c),
(&((struct align*)0)->d));
}
1字节对齐
#pragma pack(1)
struct align {
int a; // 长度4 > 1 按1对齐；起始offset=0 0%1=0；存放位置区间[0,3]
char b; // 长度1 = 1 按1对齐；起始offset=4 4%1=0；存放位置区间[4]
short c; // 长度2 > 1 按1对齐；起始offset=5 5%1=0；存放位置区间[5,6]
char d; // 长度1 = 1 按1对齐；起始offset=7 7%1=0；存放位置区间[7]
} __attribute__((packed));
#pragma pack()
输出结果 sizeof(struct align) = 8
整体对齐系数 min((max(int,short,char), 1) = 1
整体大小(size)=$(成员总大小8) 按 $(整体对齐系数) 圆整 = 8
2字节对齐
#pragma pack(2)
struct align {
int a; // 长度4 > 2 按2对齐；起始offset=0 0%2=0；存放位置区间[0,3]
char b; // 长度1 < 2 按1对齐；起始offset=4 4%1=0；存放位置区间[4]
short c; // 长度2 = 2 按2对齐；起始offset=6 6%2=0；存放位置区间[6,7]
char d; // 长度1 < 2 按1对齐；起始offset=8 8%1=0；存放位置区间[8]
} __attribute((aligned(2)));
#pragma pack() // 取消对齐
输出结果 sizeof(struct align) = 10
整体对齐系数 = min((max(int,short,char), 2) = 2
整体大小(size)=$(成员总大小9) 按 $(整体对齐系数) 圆整 = 10
4字节对齐
#pragma pack(4)
struct align {
int a; // 长度4 = 4 按4对齐；起始offset=0 0%4=0；存放位置区间[0,3]
char b; // 长度1 < 4 按1对齐；起始offset=4 4%1=0；存放位置区间[4]
short c; // 长度2 < 4 按2对齐；起始offset=6 6%2=0；存放位置区间[6,7]
char d; // 长度1 < 4 按1对齐；起始offset=8 8%1=0；存放位置区间[8]
} __attribute((aligned(4)));
#pragma pack() // 取消对齐
输出结果 sizeof(struct align) = 12
整体对齐系数 = min((max(int,short,char), 4) = 4
整体大小(size)=$(成员总大小9) 按 $(整体对齐系数) 圆整 = 12
8字节对齐
#pragma pack(8)
struct align {
int a; // 长度4 < 8 按4对齐；起始offset=0 0%4=0；存放位置区间[0,3]
char b; // 长度1 < 8 按1对齐；起始offset=4 4%1=0；存放位置区间[4]
short c; // 长度2 < 8 按2对齐；起始offset=6 6%2=0；存放位置区间[6,7]
char d; // 长度1 < 8 按1对齐；起始offset=8 8%1=0；存放位置区间[8]
} __attribute((aligned(8)));
#pragma pack() // 取消对齐
输出结果 sizeof(struct align) = 12
整体对齐系数 = min((max(int,short,char), 8) = 4
整体大小(size)=$(成员总大小9) 按 $(整体对齐系数) 圆整 = 12