C 語言 union 內存對齊詳解：為什麼結構體大小是 40 字節？

代碼回顧

union aa {
    float x;
    float y;
    char c[6];
};

struct st {
    union aa v;
    float s[5];
    double ave;
} w;

逐步計算

1. union aa 大小：
   • 成員：float (4B)、float (4B)、char[6] (6B)。
   • union 大小 = 最大成員大小 = 6B，但需滿足對齊要求：union 對齊數 = 最大成員對齊數 = 4 (float)。
   • 6 不是 4 的倍數，向上取整到 8B。→ union aa = 8 字節。
2. float s[5] 大小：5 × 4 = 20B。起始偏移需 4 字節對齊。union 結束於偏移 8，20 從偏移 8 開始已對齊。→ 佔 20 字節，偏移 8~27。
3. double ave 大小：8B，需 8 字節對齊。s[5] 結束於偏移 28（8+20），28 不是 8 的倍數，需填充 4 字節對齊到 32。→ 填充 4B，ave 佔 8B，偏移 32~39。
4. 結構體總大小：最後一個成員結束於偏移 40。結構體整體大小需是最大對齊數 (8) 的倍數，40 已滿足。→ 總計 40 字節。

內存佈局圖

偏移 0-7   : union aa (8B)
偏移 8-27  : float s[5] (20B)
偏移 28-31 : 填充 (4B)  // 為 double 對齊
偏移 32-39 : double ave (8B)
總大小     : 40B

關鍵規則總結

• union 大小 = max(成員大小) 向上取整到 max(成員對齊數) 的倍數。
• 結構體成員按聲明順序排列，每個成員起始偏移必須是其對齊數的倍數（必要時插入填充字節）。
• 結構體總大小 = 最大成員對齊數的倍數（尾部填充）。
• #pragma pack(n) 可強制修改對齊數，但可能導致性能下降或硬體異常。