對齊與填充

你或許以為結構的欄位會背靠背、毫無縫隙地排在一起，但它們常常不是。CPU 偏好——在某些機器上甚至要求——每種值都從「其大小的整數倍」這樣整齊的位址開始。對齊（alignment）就是這條規則，而填充（padding）是編譯器插入、用來讓每個欄位保持正確對齊的未使用填補位元組。

具體而言，一個 4 位元組的 int 在其位址為 4 的倍數時（如 0x1000 或 0x1004）是自然對齊的，8 位元組的值則要在 8 的倍數處。當你佈置一個結構時，編譯器可能得把某個欄位往前推以符合它的對齊，在縫隙留下填充位元組；它也可能加上尾端填充，好讓在「該結構的陣列」中每個元素都保持對齊。這就是為什麼一個結構的 sizeof 可能大於其欄位大小的總和，也是為什麼欄位順序很重要：把最寬的成員放在前面、或按大小分組，能藉由消除內部填充把結構縮小。一個型別的對齊需求由 alignof 回報，口訣是：一個型別的對齊等於它最大的純量成員的大小。

為什麼要在意？對齊的存取較快，而在某些架構上未對齊的存取會直接出錯；這也是為什麼 malloc 回傳的記憶體適合任何型別地對齊。誠實的提醒是：確切的填充是實作定義的——它取決於目標平台的 ABI——所以你絕不該假設某種特定佈局、絕不該依賴縫隙裡裝著任何值，也絕不該逐位元組（用 memcmp）比較兩個結構值並期待填充相符，因為填充位元組可能裝著任意殘留。