对象对齐与字节边界：对象是否需位于对齐要求指定的字节边界？

问题描述 #

定义如下结构体：

struct alignas(16) A { int x; }; // 对齐要求为16字节

int main()
{
    A a[2];
}

那么a[0]和a[1]是否必须位于16字节边界上？换句话说，它们的地址低四位是否保证为0？

我原本认为答案是肯定的，但C++标准的描述让我产生了疑惑：

对象类型有对齐要求（见[basic.fundamental]、[basic.compound]），这限制了该类型对象可分配的地址。对齐是一个实现定义的整数值，表示给定对象可分配的连续地址之间的字节数。

如果按我的理解，这段条款似乎只要求a[0]和a[1]的地址差为16，地址本身可以是任意值——但这样的定义实用性很低，因此向专家求证该问题。

解答 #

你的理解有误，a[0]和a[1]都必须严格位于16字节的地址边界上，也就是它们的地址必须是16的倍数，低四位必然为0。

C++标准里的那段描述并没有否定对象地址必须满足对齐要求，而是从另一个角度定义“对齐”这个概念：它说的“连续可分配地址之间的字节数”，本质上等价于“地址必须是该值的整数倍”——因为如果连续可分配的地址间隔是N字节，那么第一个合法地址是X，下一个就是X+N，再下一个X+2N，以此类推，所有合法地址自然都是N的倍数。

具体到你的例子：

• 数组的第一个元素a[0]必须满足A的16字节对齐要求，所以它的地址是16的倍数。
• 数组元素是连续布局的，a[1]的地址等于a[0]的地址加上sizeof(A)。而因为A的对齐要求是16，编译器会自动给A补充填充字节，让sizeof(A)等于16（即便int x只占4字节，也会添加12字节的填充）。所以a[1]的地址就是a[0] + 16，自然也是16的倍数，满足对齐要求。

简单来说，任何符合C++标准的实现，都必须保证每个对象的地址满足其类型的对齐要求，数组中的每个元素也不例外。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者john