一.什么是字节对齐,为什么要对齐?
现代计算机中内存空间都是按照byte划分的，从理论上讲似乎对任何类型的变量的访问可以从任何地址开始，但实际情况是在访问特定类型变量的时候经常在特定的内存地址访问，这就需要各种类型数据按照一定的规则在空间上排列，而不是顺序的一个接一个的排放，这就是对齐.
对齐的作用和原因:各个硬件平台对存储空间的处理上有很大的不同.一些平台对某些特定类型的数据只能从某些特定地址开始存取.比如有些架构的CPU在访问 一个没有进行对齐的变量的时候会发生错误,那么在这种架构下编程必须保证字节对齐.其他平台可能没有这种情况，但是最常见的是如果不按照适合其平台要求对数据存放进行对齐，会在存取效率上带来损失.比如有些平台每次读都是从偶地址开始，如果一个int型(假设为32位系统)如果存放在偶地址开始的地方，那么一个读周期就可以读出这32bit，而如果存放在奇地址开始的地方，就需要2个读周期，并对两次读出的结果的高低字节进行拼凑才能得到该32bit数据.显然在读取效率上下降很多.
二、编译器是按照什么样的原则进行对齐的?
先让我们看四个重要的基本概念.
(1)数据类型自身的对齐值
对于char型数据，其自身对齐值为1，对于short型为2，对于int,float,double类型，其自身对齐值为4，单位字节.
(2)结构体或者类的自身对齐值
其成员中自身对齐值最大的那个值.
(3)指定对齐值
#pragma pack(value)时的指定对齐值value.
(4)数据成员、结构体和类的有效对齐值
自身对齐值和指定对齐值中小的那个值.
判断数据存放空间地址的两个重要条件:
(1)有效对齐值N是最终用来决定数据存放地址方式的值.有效对齐N，表示"对齐在N上"，即该数据的"存放起始地址%N=0".
(2)数据结构中的数据变量都是按定义的先后顺序来排放的,第一个数据变量的起始地址就是数据结构的起始地址.结构体的成员变量要对齐排放，结构体本身也要根据自身的有效对齐值圆整(就是结构体成员变量占用总长度需要是对结构体有效对齐值的整数倍).
三、修改编译器的默认对齐值
(1)在VC IDE中，可以这样修改:
[Project]|[Settings]
c/c++选项卡Category的Code Generation选项的Struct Member Alignment中修改，默认是8字节.
(2)在编码时，可以这样动态修改:
#pragma pack
四、对齐例程
例1:假设B从地址空间0x0000开始存放.该例子中没有定义指定对齐值，在笔者环境下，该值默认为4.
struct B
{
char b;
int a;
short c;
};
输出结果: sizeof(B)=12;
(1)第一个成员变量b的自身对齐值为1，比指定或默认的对齐值4小，所以其有效对齐值为1，且存放地址必须满族条件1.所以，它的存放地址为0x0000，符合0x0000%1=0.
(2)第二个成员变量a的自身对齐值为4，所以有效对齐值也为4，且存放地址必须满族条件1.所以，它的存放地址为0x0004-0x0007，符合0x0004%4=0，且紧靠第一个变量.
(3)第三个成员变量c的自身对齐值为2，比指定或默认的对齐值4小，所以其有效对齐值为2，且存放地址必须满族条件1.所以，它的存放地址为0x0008-0x0009，符合0x0008%2=0，且紧靠第二个变量.
(4)所以，地址空间0x0000-0x0009这10个字节都是结构体B的内容.但根据对齐的要求仍必须满族条件2，即结构体圆整要求.由于编译器默认的对齐值为4，而(10+2)%4=0，所以地址空间0x000A和0x000B也为结构体B所占用.
(5)综上所述，结构体B从0x0000-0x000B，共占12个字节空间.
【attention】
C语言的对齐原则目的是为了实现结构数组的存取效率，试想如果我们定义了一个结构B的数组,那么第一个结构起始地址是0没有问题,但是第二个结构呢?按照数组的定义,数组中所有元素都是紧挨着的,如果我们不把结构的大小补充为4的整数倍,那么下一个结构的起始地址将是0x0000A,这显然不能满足结构的地址对齐了,因此我们要把结构补充成有效对齐大小的整数倍.
例2:假设B从地址空间0x0000开始存放.该例子中没有定义指定对齐值，在笔者环境下，该值默认为4.
struct B
{
int a;
char b;
short c;
};
输出结果: sizeof(B)=8;
(1)第一个成员变量a的自身对齐值为4，所以有效对齐值也为4，且存放地址必须满族条件1.所以，它的存放地址为0x0000-0x0003，符合0x0000%4=0.
(2)第二个成员变量b的自身对齐值为1，比指定或默认的对齐值4小，所以有效对齐值也为1，且存放地址必须满族条件1.所以，它的存放地址为0x0004，符合0x0004%1=0，且紧靠第一个变量.
(3)第三个成员变量c的自身对齐值为2，比指定或默认的对齐值4小，所以其有效对齐值为2，且存放地址必须满族条件1.所以，它的存放地址为0x0006-0x0007，符合0x0006%2=0，且紧靠第二个变量.注意，地址空间0x0005空余不用.
(4)所以，地址空间0x0000-0x0007这8个字节都是结构体B的内容.但根据对齐的要求仍必须满族条件2，即结构体圆整要求.由于编译器默认的对齐值为4，而8%4=0，所以地址空间0x0000-0x0007均为结构体B所占用.
(5)综上所述，结构体B从0x0000-0x0007，共占8个字节空间.
例3:假设B从地址空间0x0000开始存放.
#pragma pack(2) //指定按2字节对齐
struct B
{
char b;
int a;
short c;
};
输出结果: sizeof(B)=8;
(1)第一个成员变量b的自身对齐值为1，比指定或默认的对齐值2小，所以有效对齐值也为1，且存放地址必须满族条件1.所以，它的存放地址为0x0000，符合0x0000%2=0.
(2)第二个成员变量a的自身对齐值为4，比指定或默认的对齐值2大，所以有效对齐值也为2，且存放地址必须满族条件1.所以，它的存放地址为0x0002-0x0005，符合0x0002%2=0，且紧靠第一个变量.
(3)第三个成员变量c的自身对齐值为2，所以其有效对齐值为2，且存放地址必须满族条件1.所以，它的存放地址为0x0006-0x0007，符合0x0006%2=0，且紧靠第二个变量.
(4)所以，地址空间0x0000-0x0007这8个字节都是结构体B的内容.但根据对齐的要求仍必须满族条件2，即结构体圆整要求.由于编译器默认的对齐值为2，而8%2=0，所以地址空间0x0000-0x0007均为结构体B所占用.
(5)综上所述，结构体B从0x0000-0x0007，共占8个字节空间.
例4:假设B从地址空间0x0000开始存放.该例子中没有定义指定对齐值，在笔者环境下，该值默认为4.
union stu
{
char a[13];
char b;
};
输出结果: sizeof(stu)=13;
union stu
{
char a[13];
int b;
};
输出结果: sizeof(stu)=16;
都知道union的大小取决于它所有的成员中，占用空间最大的一个成员的大小.所以对于stu来说，大小就是char[13]类型的数组，为什么两个stu的大小不同呢？关键在于成员int b.由于int类型成员的存在，使的对齐方式变成4，也就是说，大小必须在4的对界上，所以占用的空间变成了16(最接近13的对界).
例5:该例子中没有定义指定对齐值，在笔者环境下，该值默认为4.
struct stu1
{
char a[8];
};
struct stu2
{
double d;
};
struct stu3
{
struct stu1 s;
char a;
}s3;
struct stu4
{
struct stu2 s;
char a;
}s4;
输出结果: sizeof(s3)=9,sizeof(s4)=16;
stu1和stu2大小虽然都是8，但是stu1的对齐方式是1，stu1是8(double)，所以在s3和s4中才有这样的差异.
例6:判断下面代码的输出结果
typedef union
{
long i;
int k[5];
char c;
} DATE;
struct data
{
int cat;
DATE cow;
double dog;
} too;
DATE max;
printf("%d",sizeof(struct date)+sizeof(max));
执行结果: 52
【代码分析】
(1)DATE是一个union, 变量公用空间. 里面最大的变量类型是int[5], 占用20个字节. 所以它的大小是20.
(2)data是一个struct, 每个变量分开占用空间. 依次为int4 + DATE20 + double8 = 32.
(3)结果是 20 + 32 = 52.
(4)注意，sizeof(double)=8;
五、字节对齐特别说明
(1)如果在编程的时候要考虑节约空间的话,那么只需要假定结构的首地址是0,然后各个变量按照上面的原则进行排列即可,基本的原则就是把结构中的变量按照类型大小从小到大声明,尽量减少中间的填补空间.
(2)如果在编程的时候要考虑节约时间的话,为了以空间换取时间的效率,显示的进行填补空间进行对齐,比如有一种使用空间换时间做法是显式的插入reserved成员：
struct A
{
char a;
char reserved[3]; //使用空间换时间
int b;
}
reserved成员对程序没有什么意义,它只是起到填补空间以达到字节对齐的目的,当然即使不加这个成员通常编译器也会自动填补对齐,自己加上它只是起到显式的提醒作用.