为何仅含数组类型的结构体内存对齐值始终为1？（MSVC x64）

在探索内存对齐（memory alignment）与填充（padding）时，原本以为已掌握相关知识，直到遇到以下情况：

struct Example {
   int x1; // 4
   char c; // 1 + 3 padding
   int x2; // 4
};

static_assert(sizeof Example == 12, "Incorrect size");  // OK

struct Example2 {
   long long x; // 8
   Example y;   // 12
                // 4 bytes padding
};

static_assert(sizeof Example2 == 24, "Incorrect size"); // OK
    
struct Example3 {
   unsigned char x[8];     // 8
   unsigned char y[12];    // 12
                           // 4 bytes padding??
};

static_assert(sizeof Example3 == 24, "Incorrect size"); // ERROR

我使用64位系统与MSVC x64编译器，为何仅包含数组类型的结构体，其内存对齐值始终被计算为1？

原因解析 #

在MSVC x64环境下，结构体的对齐规则核心如下：

• 结构体的整体对齐要求，由其所有成员中对齐要求最高的成员决定。
• 数组类型的对齐要求，等于其元素类型的对齐要求。对于unsigned char类型，其对齐要求为1（即无需强制对齐到更大的内存地址边界），因此不管数组长度是多少，unsigned char[N]的对齐要求始终是1。

回到你的代码：

1. Example结构体：包含int（对齐要求4）和char（对齐要求1），最高对齐要求为4。因此结构体整体需要对齐到4字节边界，char c后必须填充3字节，才能让x2对齐到4字节地址，最终总大小12（4+1+3+4），是4的倍数，符合要求。
2. Example2结构体：包含long long（对齐要求8）和Example（对齐要求4），最高对齐要求为8。Example的大小是12，12不是8的倍数，因此需要在y后填充4字节，让总大小24（8+12+4）满足8字节对齐要求。
3. Example3结构体：两个成员都是unsigned char数组，对齐要求均为1，因此结构体整体对齐要求为1。总大小直接是8+12=20，无需额外填充，所以static_assert(sizeof Example3 == 24)会触发错误。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Zaki