1. 數(shù)據(jù)的寬度與單位

計算機內(nèi)部任何數(shù)據(jù)都被表示成二進制編碼形式。二進制數(shù)據(jù)的每一位（0 or 1）二進制信息的最小單位，稱為一個"比特"(bit)，簡稱"位"，bit是計算機中存儲，運算和傳輸信息的最小單位。
每個西文字符需要用8個比特表示，而每個漢字需要用16個比特才能表示。計算機內(nèi)部，二進制信息的計量單位是"字節(jié)"(Byte)，也成為"位組"。 1 Byte = 8 bit
計算機中運行和處理二進制信息時使用的單位除了比特和字節(jié)之外，還經(jīng)常使用"字"(word)作為單位，必須注意，不同的計算機，字的長度和組成不完全相同，有的由2個字節(jié)組成，有的由4個，8個，甚至16個字節(jié)組成。

在考察計算機性能時，一個重要的指標就是機器的"字長"。平時所說的"某種機器是32位機或是64位機"，其中的32，64就是指的字長。所謂機器字長通常指CPU內(nèi)部用于整數(shù)運算的數(shù)據(jù)通路的寬度，也就是說，"字長"等于CPU內(nèi)部用于整數(shù)運算的運算器位數(shù)和通用寄存器寬度。
注 : "字"和"字長"的概念不同
|- "字"用來表示被處理信息的單位，用來度量各種數(shù)據(jù)類型的寬度，大小以機器為準
|-"字長"表示數(shù)據(jù)運算，存儲和傳送的部件的寬度，它反映了計算機處理信息的一種能力。

單位換算
1 B = 8 b
K ：1KB = 2^10 B = 1024 字節(jié)
M ：1MB = 2^20 B
G ： 1GB = 2^30 B
T ： 1TB = 2^40 B

C語言中數(shù)值數(shù)據(jù)類型的寬度（字節(jié)(Byte)為單位）

另外，對于相同類型的數(shù)據(jù)，并不是所有機器都采用相同的數(shù)據(jù)寬度，分配的字節(jié)數(shù)隨處理器和編譯器的不同而不同
例如：指針類型一般認為32位機器是 4 個字節(jié)，64位機器是 8 個字節(jié)，這個沒錯，但是在64位的機器上編譯程序，計算指針的大小，返回的是 4，這時認為是不是以前書上講的是錯的，其實不是，只不過編譯選項里的平臺是Win32，也就是在64位系統(tǒng)運行的是32位的程序，所以說是受編譯器的影響

2. 數(shù)據(jù)的儲存和排列順序

現(xiàn)代計算機基本上都采用字節(jié)編址方式，即對存儲空間的存儲單元編號時，每個地址編號中存放一個字節(jié)。

• 例如：在一個按字節(jié)編址的計算機中，假定int型變量i的地址為0800H，i的機器數(shù)為01 23 45 67H，根據(jù)不同的地址排序方式，i的4個字節(jié)01H，23H，45H，67H有不同的排列順序

兩種排列方式：

大端模式（big endian） : 將數(shù)據(jù)的最高有效字節(jié)存放在低地址單元，最低有效字節(jié)存放在高地址單元
小端模式（small endian） : 將數(shù)據(jù)的最高有效字節(jié)存放在高地址單元，最低有效字節(jié)存放在低地址單元

補充： 網(wǎng)絡(luò)序是大端模式

Linux網(wǎng)絡(luò)編程中，為使網(wǎng)絡(luò)程序具有可移植性，使同樣的C代碼在大端和小端計算機上編譯后都能正常運行，可以調(diào)用以下庫函數(shù)做網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序和主機字節(jié)序的轉(zhuǎn)換。

#include <arpa/inet.h>
uint32_t htonl(uint32_t hostlong);
uint16_t htons(uint16_t hostshort);
uint32_t ntohl(uint32_t netlong);
uint16_t ntohs(uint16_t netshort);

3. 數(shù)據(jù)對齊原則

3.1 為什么要數(shù)據(jù)對齊？

可以將存儲器看成由連續(xù)的位（cell）構(gòu)成，每8位為一個字節(jié)，每個字節(jié)有一個地址編號，稱之為按字節(jié)編址，假定計算機系統(tǒng)中訪問機制限制每次訪存最多只能只能讀寫64位，即8個字節(jié)，那么，第0-7字節(jié)可以同時讀寫，第8-15字節(jié)可以同時讀寫，以此類推，這種稱為8字節(jié)寬的存儲機制；因此，如果一條指令要訪問存儲器的數(shù)據(jù)不在 8i ~ 8i + 7 (i = 0,1,2 ...)之間的存儲單元內(nèi)，那么就需要多次訪存，因此延長了指令的執(zhí)行時間，引入數(shù)據(jù)對齊的最重要的原因就是為了避免多次訪存帶來的指令執(zhí)行效率的降低?。?！
對齊方式下程序的執(zhí)行效率更高，為此，操作系統(tǒng)通常按照對齊方式分配管理內(nèi)存，編譯器也按照對齊方式轉(zhuǎn)換代碼。

3.2 基本數(shù)據(jù)類型的對齊策略

• 最簡單的對齊策略：要求不同的基本類型按照其數(shù)據(jù)長度進行對齊；
  例如，int類型數(shù)據(jù)的長度為4個字節(jié)，因此規(guī)定int型數(shù)據(jù)的地址是4的倍數(shù)，char的長度為1個字節(jié)，時刻是對齊的，其他的同理；這種策略下，對于8字節(jié)寬的存儲機制來說，所有的基本類型都僅需訪存一次；windows采用的就是這種策略
• Linux的對齊策略 ： 更加寬松，規(guī)定short數(shù)據(jù)的地址是2的倍數(shù)，其他的如int ，float，double和指針等類型的數(shù)據(jù)的地址都是4的倍數(shù)；
  這種情況，對于8字節(jié)寬的存儲機制，double型數(shù)據(jù)就可能需要訪存兩次

3.3 結(jié)構(gòu)體 ＆ 結(jié)構(gòu)數(shù)組的對齊策略

滿足下面三個條件

• (1). 結(jié)構(gòu)體變量的首地址能夠被其最寬基本類型成員的大小所整除
  [備注]：編譯器在給結(jié)構(gòu)體開辟空間時，首先找到結(jié)構(gòu)體中最寬的基本數(shù)據(jù)類型，然后尋找內(nèi)存地址能被該基本數(shù)據(jù)類型所整除的位置，作為結(jié)構(gòu)體的首地址。將這個最寬的基本數(shù)據(jù)類型的大小作為對齊的模數(shù)，也就是我們經(jīng)常說的4字節(jié)對齊（32位機器默認），8字節(jié)對齊（64位機器默認）。
• (2). 結(jié)構(gòu)體中的每個數(shù)據(jù)成員都按照"基本數(shù)據(jù)類型對齊策略"的要求進行對齊
  也就是說：結(jié)構(gòu)體每個成員相對于結(jié)構(gòu)體首地址的偏移量（offset）都是成員自身大小的整數(shù)倍，如有需要，編譯器會在成員之間加上填充字節(jié)（internal adding）
• (3). 結(jié)構(gòu)體的最終大小為結(jié)構(gòu)體最寬基本類型成員大小的整數(shù)倍，如有需要，編譯器會在最末一個成員之后加上填充字節(jié)（trailing padding）
  也就是說：若結(jié)構(gòu)體的總大小是最大基礎(chǔ)成員大小的整數(shù)倍，那么也就一定是其他任一基礎(chǔ)成員大小的整數(shù)倍，那么每個結(jié)構(gòu)體的起始地址就一定是其任一基礎(chǔ)成員大小的整數(shù)倍 ，這樣的話就保證了所有基礎(chǔ)類型數(shù)據(jù)、非基礎(chǔ)類型數(shù)據(jù)全部對齊。

[補充] (1)(2) 是為了保證內(nèi)存對齊，提高處理器訪問內(nèi)存的效率；(3) 是為了保證結(jié)構(gòu)體數(shù)組中的每個元素都能滿足對齊要求

舉個例子：

EX1

結(jié)構(gòu)體
struct SD
{
    int i;
    short si;
    char c;
    double d;
};

按照字節(jié)對齊原則，結(jié)構(gòu)體SD所占的存儲空間大小為 16 個字節(jié)
假設(shè)結(jié)構(gòu)體的首地址為0

結(jié)構(gòu)體對齊

EX2

結(jié)構(gòu)體數(shù)組
struct SDT
{
    int i;
    short si;
    double d;
    char c;
};
struct SDT sa[10]；

按照字節(jié)對齊原則，結(jié)構(gòu)體SD所占的存儲空間大小為 24 個字節(jié)
假設(shè)結(jié)構(gòu)體數(shù)組的第一個數(shù)組元素sa[0]的首地址為0

結(jié)構(gòu)體數(shù)組對齊，末尾補空

補充概念 ： 首地址 n 字節(jié)對齊原則

VC對結(jié)構(gòu)的存儲的特殊處理確實提高CPU存儲變量的速度，但是有時候也帶來了一些麻煩，我們也屏蔽掉變量默認的對齊方式，自己可以設(shè)定變量的對齊方式。
VC 中提供了#pragma pack(n)來設(shè)定變量以n字節(jié)對齊方式。n字節(jié)對齊就是說變量存放的起始地址的偏移量有兩種情況：第一、如果n大于等于該變量所占用的字節(jié)數(shù)，那么偏移量必須滿足默認的對齊方式，第二、如果n小于該變量的類型所占用的字節(jié)數(shù)，那么偏移量為n的倍數(shù)，不用滿足默認的對齊方式。結(jié)構(gòu)的總大小也有個約束條件，分下面兩種情況：如果n大于所有成員變量類型所占用的字節(jié)數(shù)，那么結(jié)構(gòu)的總大小必須為占用空間最大的變量占用的空間數(shù)的倍數(shù)，否則必須為n的倍數(shù)。下面舉例說明其用法。

#pragma
pack(push) //保存對齊狀態(tài)
#pragma
pack(4)//設(shè)定為4字節(jié)對齊
struct test
{
    char m1;
    double m4;
    int m3;
};
#pragma
pack(pop)//恢復(fù)對齊狀態(tài)

以上結(jié)構(gòu)的大小為16，下面分析其存儲情況，首先為m1分配空間，其偏移量為0，滿足我們自己設(shè)定的對齊方式（4字節(jié)對齊），m1占用1個字節(jié)。接著開始為m4分配空間，這時其偏移量為1，需要補足3個字節(jié)，這樣使偏移量滿足為n=4的倍數(shù)（因為sizeof(double)大于n）,m4占用8個字節(jié)。接著為m3分配空間，這時其偏移量為12，滿足為4的倍數(shù)，m3占用4個字節(jié)。這時已經(jīng)為所有成員變量分配了空間，共分配了16個字節(jié)，滿足為n的倍數(shù)。如果把上面的#pragma pack(4)改為#pragma pack(16)，那么我們可以得到結(jié)構(gòu)的>大小為24。