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许多计算机系统对基本数据类型的合法地址做了一些限制，要求某种类型对象的地址必须是某个值 K 的倍数（通常是 2、4 或 8的倍数）。这种对齐限制简化了形成处理器和内存系统之间接口的硬件设计。例如，假设一个处理器总是从内存中取 8 个字节，则地址必须为 8 的倍数。如果我们能保证将所有的 double 类型数据的地址对齐成 8 的倍数，那么就可以用一个内存操作来读或者写值了。否则，我们可能需要执行两次内存访问，因为对象可能被分放在两个 8 字节内存块中。

无论数据是否对齐，x86-64 硬件都能正确工作。不过，还是建议要对齐数据以提高内存系统的性能。对齐原则是任何 K 字节的基本对象的地址必须是 K 的倍数。可以看到这条原则会得到如下对齐：

K	类型
1	char
2	short
4	int, float
8	long, double, char*

确保每种数据类型都是按照指定方式来组织和分配，即每种类型的对象都满足它的对齐限制，就可保证实施对齐。

对于包含结构体的代码，编译器可能需要在字段的分配中植入间隙，以保证每个结构元素都满足它的对齐要求。而结构体本身对它的起始地址也有一些对齐要求。

比如说，考虑下面的结构声明：

struct S1 {
    int i;
    char c;
    int ii;
};

假设编译器用最小的 9 字节分配，画出图来是这样的：

block-beta
    columns 9
        i:4
        c:1
        ii:4

style i stroke:#333,stroke-width:2px
style c stroke:#333,stroke-width:2px
style ii stroke:#333,stroke-width:2px

它是不可能满足字段 i（偏移为 0）和 ii（偏移为 5）的 4 字节对齐要求的。取而代之地，编译器会在字段 c 和 j 之间插入一个 3 字节的间隙（在此用蓝色阴影表示）：

block-beta
    columns 12
        i:4
        c:1
        f:3
        ii:4

style i stroke:#333,stroke-width:2px
style c stroke:#333,stroke-width:2px
style f fill:#0af,stroke:#333,stroke-width:2px
style ii stroke:#333,stroke-width:2px

结果，ii 的偏移量为 8，而整个结构体的大小为 12 字节。此外，编译器必须保证任何 struct S1* 类型的指针 p 都满足 4 字节对齐。设指针 p 的值为 ptrVal，那么， ptrVal 必须是 4 的倍数。这就保证了 p->i（地址 ptrVal）和 p->ii（地址 ptrVal + 8）都满足它们的 4 字节对齐要求。

另外，结构体的末尾可能也需要一些填充，这样结构体数组中的每个元素都会满足它的对齐要求。例如，考虑下面的这个结构声明：

struct S2 {
    int i;
    int ii;
    char c;
};

如果我们将这个结构打包成 9 个字节，只要使得结构的起始地址满足 4 字节对齐要求，那么我们仍然能够保证字段 i 和 ii 的对齐满足要求。不过，考虑下面的结构体数组声明：

struct S2 S2Array[4];

如果每个结构体分配成 9 个字节，是不可能满足 S2Array 中每个元素的对齐要求的，因为这样的话这些元素的地址分别是 arrayPtrVal、arrayPtrVal + 9、arrayPtrVal + 18、arrayPtrVal + 27。实际上，编译器会为结构体 S2 分配 12 个字节，最后 3 个字节是浪费的空间：

block-beta
    columns 12
        i:4
        ii:4
        c:1
        f:3  

style i stroke:#333,stroke-width:2px
style ii stroke:#333,stroke-width:2px
style c stroke:#333,stroke-width:2px
style f fill:#0af,stroke:#333,stroke-width:2px

这样一来，S2Array 的元素地址分别为 arrayPtrVal、arrayPtrVal + 12、arrayPtrVal + 24、arrayPtrVal + 36。只要 arrayPtrVal 是 4 的倍数，所有的对齐限制就都可以满足了。概括来说就是，在不考虑对齐模数的情况下，结构体末尾填充量要视结构体中成员变量的最大类型而定，确保结构体大小为这个最大类型大小的整数倍，这样就能保证在结构体数组中每个元素的每个成员变量都满足对齐要求。同时，当结构体存在嵌套时，父结构体中的子结构体类型成员变量起始地址要视子结构体中成员变量的最大类型而定，确保子结构体起始地址为这个最大类型大小的整数倍。