C99 N1256标准草案

http://www.open-std.org/JTC1/SC22/WG14/www/docs/n1256.pdf

6.5.3.4操作员尺寸：

3当应用于具有结构或并集类型的操作数时，结果是这样的对象中的字节总数，包括内部和尾部衬垫。

6.7.2.1结构和接头规范：

13 ... 可能有未命名的在结构对象内填充，但不能在其开头填充。

and:

15在结构或联合体的末端可能有未命名的填充。

新的C99灵活数组成员特性（结构S｛int is[]；｝；）也可能影响填充：

16作为一种特殊情况，具有多个命名构件的结构的最后一个元素可以具有不完整的数组类型；这称为灵活阵列成员。在大多数情况下，柔性阵列成员被忽略。特别是，结构的大小似乎省略了灵活的数组成员，除了它可能具有比这一遗漏意味着。

附件J便携性问题重申：

以下未指定：。。。在结构或联合中存储值时填充字节的值（6.2.6.1）

C++11 N3337标准草案

http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2012/n3337.pdf

5.3.3尺寸：

2应用时对于类，结果是该类的对象中的字节数，包括将该类型的对象放置在数组中。

9.2班级成员：

指向标准布局结构对象的指针（使用reinterpret_cast进行适当转换）指向其初始成员（或者如果该成员是位字段，则返回到它所在的单元），反之亦然。[注：因此，在标准布局结构对象中可能存在未命名的填充，必要时实现适当的对齐。-尾注]

我只知道足够的C++来理解注释：-）

其思想是，出于速度和缓存的考虑，操作数应从与其自然大小对齐的地址中读取。为了实现这一点，编译器填充结构成员，以便对齐以下成员或以下结构。

struct pixel {
    unsigned char red;   // 0
    unsigned char green; // 1
    unsigned int alpha;  // 4 (gotta skip to an aligned offset)
    unsigned char blue;  // 8 (then skip 9 10 11)
};

// next offset: 12

x86体系结构始终能够获取未对齐的地址。然而，它速度较慢，当未对齐与两个不同的缓存线重叠时，当对齐的访问只会逐出一个缓存线时，它会逐出两个缓存线。

有些架构实际上必须捕获未对齐的读写，而早期版本的ARM架构（演变成当今所有移动CPU的架构）。。。事实上，他们只是返回了这些错误的数据。（他们忽略了低位。）

最后，请注意缓存线可以任意大，编译器不会试图猜测这些缓存线，也不会做出空间与速度的权衡。相反，对齐决策是ABI的一部分，表示最终将均匀填充缓存行的最小对齐。

TL；DR：对齐很重要。

打包和字节对齐，如C常见问题解答中所述：

这是为了对齐。许多处理器无法访问2字节和4字节数量（例如整数和长整数），如果它们被塞进每个方向。假设您有这样的结构：结构{字符a[3]；短整数b；长整型c；字符d[3]；};现在，你可能认为应该可以打包这个结构如下：+-------+-------+-------+-------+|a | b|+-------+-------+-------+-------+|b | c|+-------+-------+-------+-------+|c | d（c | d）|+-------+-------+-------+-------+但如果编译器安排，则处理器上的操作要简单得多它是这样的：+-------+-------+-------+|一个|+-------+-------+-------+|b级|+-------+-------+-------+-------+|c类|+-------+-------+-------+-------+|d）|+-------+-------+-------+在打包版本中，请注意，对于你和我想看看b和c字段是如何换行的？简而言之处理器也很难。因此，大多数编译器都会填充结构（好像有额外的、不可见的字段）如下：+-------+-------+-------+-------+|a |焊盘1|+-------+-------+-------+-------+|b |焊盘2|+-------+-------+-------+-------+|c类|+-------+-------+-------+-------+|d|焊盘3|+-------+-------+-------+-------+

如果隐式或显式设置了结构的对齐方式，则可以这样做。对齐为4的结构将始终是4字节的倍数，即使其成员的大小不是4字节的倍。

此外，一个库可以在x86下用32位int编译，并且您可以在64位进程上比较它的组件。如果您手动执行此操作，则会得到不同的结果。

这是因为添加了填充以满足对齐约束。数据结构对齐会影响程序的性能和正确性：

未对齐的访问可能是一个硬错误（通常是SIGBUS）。未对齐的访问可能是软错误。要么在硬件中进行了纠正，以适度降低性能。或通过软件仿真进行纠正，以严重降低性能。此外，原子性和其他并发性保证可能会被破坏，从而导致微妙的错误。

下面是一个使用x86处理器典型设置的示例（均使用32位和64位模式）：

struct X
{
    short s; /* 2 bytes */
             /* 2 padding bytes */
    int   i; /* 4 bytes */
    char  c; /* 1 byte */
             /* 3 padding bytes */
};

struct Y
{
    int   i; /* 4 bytes */
    char  c; /* 1 byte */
             /* 1 padding byte */
    short s; /* 2 bytes */
};

struct Z
{
    int   i; /* 4 bytes */
    short s; /* 2 bytes */
    char  c; /* 1 byte */
             /* 1 padding byte */
};

const int sizeX = sizeof(struct X); /* = 12 */
const int sizeY = sizeof(struct Y); /* = 8 */
const int sizeZ = sizeof(struct Z); /* = 8 */

可以通过对齐对成员进行排序来最小化结构的大小（按大小排序足以满足基本类型的排序）（如上面示例中的结构Z）。

重要提示：C和C++标准都规定结构对齐是由实现定义的。因此，每个编译器可能会选择不同的数据对齐方式，从而导致不同且不兼容的数据布局。因此，在处理不同编译器将使用的库时，了解编译器如何对齐数据很重要。某些编译器具有命令行设置和/或特殊的#pragma语句来更改结构对齐设置。

除了其他答案，结构可以（但通常不）具有虚拟函数，在这种情况下，结构的大小还将包括vtbl的空间。