C++ 內存對齊規則深度解析：結構體大小計算與 #pragma pack 控制

什麼是內存對齊？

結構體成員在內存中並非緊密排列，而是按特定規則對齊，以便 CPU 高效訪問。對齊可能在成員間插入填充字節。

基本規則（64 位系統，默認對齊數 8）

1. 成員對齊：每個成員偏移量必須是 min(成員大尺寸, 默認對齊數) 的倍數。
2. 整體對齊：結構體總大小必須是 max(最大成員大小, 默認對齊數) 的倍數，不足則尾部填充。
3. #pragma pack(n) 可調小默認對齊數（n ∈ {1,2,4,8,16}），不能調大。

實例演示

// 64位系統，默認對齊 8
struct A { int a; long b; };   // a:4, 填充4, b:8 => size=16
struct B { long a; int b; };   // a:8, b:4, 填充4 => size=16
#pragma pack(4)
struct C { long a; int b; };   // a:8 (min(8,4)=4 對齊? 實際 long 仍 8 字節對齊? 視編譯器)
#pragma pack()
// 巢狀結構體：內部結構體對齊數決定外部成員對齊
struct Inner { char a,b,c; };  // size=3, align=1
struct Outer { Inner x,y,z; }; // size=9, align=1
struct Inner2 { short a; char b; }; // size=4, align=2
struct Outer2 { Inner2 x,y,z; };    // size=12, align=2

關鍵細節

• 指標成員：指標大小（8 字節）決定對齊，指向的數據位置不影響。
• 空類/空結構體：C++ 標準規定大小至少為 1，但作為成員時可能被優化（EBO）。
• alignas（C++11）可指定更嚴格對齊：alignas(16) int arr[4];。
• offsetof 宏可獲取成員偏移量，驗證對齊效果。