如何优化C++类内存对齐，将Foo类实例大小从40字节降至36？

为什么alignas(4)不生效 #

C++标准明确规定，类的对齐要求是所有非静态成员的对齐要求的最大值。你使用的64位环境下std::vector内部由3个8字节指针构成，对齐要求为8字节，因此整个Foo类的最小对齐要求就是8字节。alignas(4)指定的对齐值小于成员要求的最小对齐，会被编译器直接忽略，这是符合标准的行为。

为什么当前类大小是40字节 #

当前类的内存布局如下：

• 0~23字节：_characterMatrix（24字节，8字节对齐）
• 24~27字节：_Y_AxisLen（4字节，4字节对齐）
• 28~31字节：_X_AxisLen（4字节，4字节对齐）
• 32字节：_fillCharacter（1字节，1字节对齐）
• 33~39字节：填充字节（7字节，用于将整个类的大小补齐到8字节的整数倍）
  总大小刚好为40字节。

能不能降到36字节 #

理论上不可能。因为类的对齐要求是8字节，sizeof(Foo)的结果必须是8的整数倍，36不是8的倍数，所以不可能达到这个大小。
如果确实需要压缩类的大小，可以参考以下可行方案：

方案1：使用更小的整数类型存储长度 #

如果你的业务场景中矩阵的行列数不会超过65535，可以把两个int类型的长度替换为uint16_t：

#include <cstdint>
class Foo
{
public:
    inline Foo( ) = default;
    // 其他成员函数
private:
    mutable std::vector<std::vector<char>> _characterMatrix;
    uint16_t _Y_AxisLen; // 2字节
    uint16_t _X_AxisLen; // 2字节
    char _fillCharacter; // 1字节
    inline static const std::unordered_set<char> CHAR_SET { '/', '\\', '|', '-' };
};

这个修改后，非静态成员总大小为24+2+2+1=29字节，补齐到8的整数倍为32字节，比你预期的36字节还小。

方案2：仅在内存极其敏感的场景使用packed属性（不推荐） #

你可以给整个类添加__attribute__((packed))（GCC/Clang支持）强制取消填充，但这会导致类内部的std::vector成员不对齐，访问时可能出现性能下降甚至段错误，除非你完全清楚风险且场景极端，否则不要使用这个方案。

补充说明 #

7字节的填充在绝大多数场景下对性能和内存的影响可以忽略，不需要为了这点空间牺牲代码的可移植性和安全性。如果确实有高密度存储的需求，优先考虑调整成员类型或者优化数据结构的设计。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者digito_evo