结构体大小由成员顺序、对齐规则和编译器策略共同决定;大对齐成员前置可减少填充,alignas会提升整体对齐并增大sizeof,空基类优化可省空间,末尾padding影响数组布局与序列化。

结构体成员顺序直接影响 sizeof 结果
编译器在布局结构体时,会按声明顺序逐个放置成员,并在必要时插入填充字节(padding),以满足每个成员的对齐要求。对齐要求通常是其自身大小的整数倍(如 int 通常需 4 字节对齐,double 通常需 8 字节对齐)。如果把大对齐需求的成员放在前面,后面小成员更容易“塞进”空隙;反之,小成员在前可能导致大量 padding 被浪费。
例如:
立即学习“C++免费学习笔记(深入)”;
struct A {
char a; // offset 0, size 1
int b; // offset 4 (not 1), needs 4-byte alignment → 3 bytes padding
char c; // offset 8
}; // sizeof(A) == 12
struct B {
int b; // offset 0
char a; // offset 4
char c; // offset 5
}; // sizeof(B) == 8 —— 同样三个成员,但更紧凑
-
struct A因char开头导致中间插入 3 字节 padding,末尾还可能补 padding 使整体对齐到最大成员对齐值(这里是 4) -
struct B把int放最前,两个char紧跟其后,共用一个对齐边界,无内部 padding - 实际
sizeof还受编译器默认对齐策略影响(如#pragma pack或alignas可强制改变)
alignof 和 alignas 明确控制对齐边界
每个类型都有固有对齐值,可用 alignof(T) 查询;而 alignas(N) 可显式提升类型或变量的对齐要求。一旦你提高对齐,不仅影响该成员自身位置,还会拉高整个结构体的 alignof,进而可能扩大 sizeof —— 尤其当结构体作为数组元素时,编译器必须保证每个元素起始地址都满足该对齐。
例如:
立即学习“C++免费学习笔记(深入)”;
struct alignas(16) C {
char x;
}; // sizeof(C) == 16, alignof(C) == 16
- 即使只有 1 字节数据,
alignas(16)强制结构体按 16 字节对齐,sizeof必须是 16 的倍数 - 若去掉
alignas,sizeof(C)通常为 1,alignof(C)为 1 - 这种对齐提升在 SIMD、DMA 或内存映射 I/O 场景中必需,但会显著增加内存占用
空基类优化(EBO)可消除某些 padding,但不适用于所有情况
C++ 标准允许空基类不占空间(即 EBO),前提是它不与派生类中其他成员产生地址冲突。这使得带空基类的结构体可能比“手动模拟”更小。但注意:EBO 不作用于空成员子对象(比如 std::tuple 是空的,但作为成员仍可能因对齐规则被分配空间);且若基类有虚函数或虚基类,则通常无法完全消除开销。
例如:
立即学习“C++免费学习笔记(深入)”;
struct Empty {};
struct D : Empty {
int x;
}; // sizeof(D) == 4 —— Empty 不额外占空间
struct E {
Empty e;
int x;
}; // sizeof(E) == 8(常见实现)—— e 作为成员,可能触发对齐 padding
- EBO 是编译器优化行为,不是强制要求,但主流编译器(GCC/Clang/MSVC)都支持
- 继承链中多个空基类一般也能共用同一地址,但若出现同名成员或访问冲突,可能失效
- 别依赖 EBO 来“压缩”非空类型;它只对真正无数据、无虚表指针的空类型有效
结构体末尾的 padding 容易被忽略,但它影响数组和嵌套布局
结构体末尾可能有 padding,目的是让连续对象在数组中保持各自成员的对齐。例如,若结构体最大成员需 8 字节对齐,那么即使其数据部分仅 9 字节,sizeof 也会向上补齐到 16,否则第二个元素的 double 成员就无法落在 8 字节边界上。
- 这个末尾 padding 不会被内部成员复用,也不参与成员偏移计算,但它真实存在并计入
sizeof - 用
offsetof查成员偏移时,看不到末尾 padding;但用sizeof减去最后一个成员的offsetof + sizeof,差值就是末尾 padding 大小 - 在跨平台二进制协议或内存映射文件中,末尾 padding 若未显式填充或对齐控制,会导致读写错位










