Data structure alignment is the way data is arranged and accessed in computer memory. It consists of two separate but related issues: data alignment and data structure padding. When a modern computer reads from or writes to a memory address, it will do this in word sized chunks (e.g. 4 byte chunks on a 32-bit system) or larger. Data alignment means putting the data at a memory address equal to some multiple of the word size, which increases the system’s performance due to the way the CPU handles memory. To align the data, it may be necessary to insert some meaningless bytes between the end of the last data structure and the start of the next, which is data structure padding.

In order to align the data in memory, one or more empty bytes (addresses) are inserted (or left empty) between memory addresses which are allocated for other structure members while memory allocation. This concept is called structure padding. Architecture of a computer processor is such a way that it can read 1 word (4 byte in 32 bit processor) from memory at a time. To make use of this advantage of processor, data are always aligned as 4 bytes package which leads to insert empty addresses between other member’s address. Because of this structure padding concept in C, size of the structure is always not same as what we think.

填充将结构成员对齐到“自然”地址边界——例如，int成员将有偏移量，在32位平台上是mod(4) == 0。默认情况下，填充是开启的。它在你的第一个结构中插入以下“间隙”:

struct mystruct_A {
    char a;
    char gap_0[3]; /* inserted by compiler: for alignment of b */
    int b;
    char c;
    char gap_1[3]; /* -"-: for alignment of the whole struct in an array */
} x;

另一方面，打包可以防止编译器进行填充-这必须显式地请求-在GCC下，它是__attribute__((__packked__))，因此如下:

struct __attribute__((__packed__)) mystruct_A {
    char a;
    int b;
    char c;
};

会在32位架构上产生大小为6的结构。

不过需要注意的是，在允许未对齐内存访问的体系结构(如x86和amd64)上，未对齐内存访问速度较慢，并且在严格对齐的体系结构(如SPARC)上是明确禁止的。

只有当你告诉编译器显式地对结构进行打包时，才会进行结构打包。你看到的是填充。您的32位系统正在填充每个字段以字对齐。如果您告诉编译器打包结构，它们将分别为6和5字节。但是不要这样做。它不可移植，使编译器生成的代码更慢(有时甚至有bug)。

我知道这个问题很老了，这里的大多数答案都很好地解释了填充，但当我自己试图理解它时，我发现对正在发生的事情有一个“视觉”形象是有帮助的。

处理器以一定大小(字)的“块”读取内存。假设处理器字有8字节长。它将把内存看作一个8字节的大行构建块。每当它需要从内存中获取一些信息时，它就会到达其中一个块并获取它。

如上图所示，一个Char(1字节长)在哪里并不重要，因为它将在其中一个块中，只需要CPU处理1个字。

When we deal with data larger than one byte, like a 4 byte int or a 8 byte double, the way they are aligned in the memory makes a difference on how many words will have to be processed by the CPU. If 4-byte chunks are aligned in a way they always fit the inside of a block (memory address being a multiple of 4) only one word will have to be processed. Otherwise a chunk of 4-bytes could have part of itself on one block and part on another, requiring the processor to process 2 words to read this data.

这同样适用于8字节的double，只不过现在它必须在8的倍数内存地址中，以确保它始终在块中。

这里考虑的是8字节的字处理器，但这个概念也适用于其他大小的字。

填充通过填充这些数据之间的间隙来确保它们与这些块对齐，从而提高读取内存时的性能。

然而，正如其他人回答的那样，有时空间比性能本身更重要。也许您正在一台没有太多RAM的计算机上处理大量数据(可以使用交换空间，但速度要慢得多)。您可以在程序中排列变量，直到完成最少的填充(这在其他一些回答中得到了很好的例子)，但如果这还不够，您可以显式地禁用填充，这就是打包。

填充规则:

结构体的每个成员都应该位于能被其大小整除的地址。 填充在元素之间或结构的末尾插入，以确保满足此规则。这样做是为了硬件更容易和更有效地访问总线。 结构体末尾的填充是根据结构体最大成员的大小决定的。

规则二: 考虑下面的结构，

如果我们要为这个结构体创建一个数组(包含2个结构体)， 结束时不需要填充:

因此，struct的大小= 8字节

假设我们要创建另一个结构体，如下所示:

如果我们要创建这个结构体的数组， 最后需要填充的字节数有两种可能。

A.如果我们在末尾添加3个字节，并将其对齐为int而不是Long:

B.如果我们在末尾添加7个字节并将其对齐为Long:

第二个数组的起始地址是8(i)的倍数。e 24)。 struct的大小= 24字节

因此，通过将结构体的下一个数组的起始地址对齐为最大成员(i。E如果我们要创建这个结构体的数组，第二个数组的第一个地址必须从一个地址开始，该地址必须是该结构体最大成员的倍数。这里是24(3 * 8))，我们可以计算出最后所需的填充字节数。

这些结构是填充的还是包装的?

它们填充。

最初想到的唯一可能是，如果char和int的大小相同，那么char/int/char结构的最小大小将不允许填充，int/char结构也是如此。

然而，这将要求sizeof(int)和sizeof(char)都为4(以获得12和8的大小)。由于sizeof(char)始终为1的标准保证了整个理论的崩溃。

如果char和int的宽度相同，那么大小将是1和1，而不是4和4。因此，为了得到12的大小，在最终字段之后必须有填充。

什么时候进行填充或包装?

只要编译器实现需要。编译器可以在字段之间和最后一个字段之后(但不能在第一个字段之前)插入填充。

这样做通常是为了性能，因为某些类型在特定边界上对齐时性能更好。甚至有一些架构会在你试图访问未对齐的数据时拒绝运行(即崩溃)(是的，我在看你，ARM)。

您通常可以使用特定于实现的特性(如#pragma pack)来控制打包/填充(这实际上是同一领域的两个极端)。即使您不能在特定的实现中这样做，您也可以在编译时检查代码以确保它满足您的需求(使用标准C特性，而不是特定于实现的东西)。

例如:

// C11 or better ...
#include <assert.h>
struct strA { char a; int  b; char c; } x;
struct strB { int  b; char a;         } y;
static_assert(sizeof(struct strA) == sizeof(char)*2 + sizeof(int), "No padding allowed");
static_assert(sizeof(struct strB) == sizeof(char)   + sizeof(int), "No padding allowed");

如果这些结构中有任何填充，类似这样的东西将拒绝编译。