設計資料結構節省記憶體的小撇步

以下是三種資料結構，X1 的成員變數亂亂排，X2 由小到大排列，X3 由大到小排列，猜猜看這三種資料結構的大小是多少？

struct X1
{
	char a;     // 1 byte
	int b;      // 4 bytes
	short c;    // 2 bytes
	char d;     // 1 byte
};
struct X2
{
	char a;     // 1 byte
	char d;     // 1 byte
	short c;    // 2 bytes
	int b;      // 4 bytes
};
struct X3
{
	int b;      // 4 bytes
	short c;    // 2 bytes
	char a;     // 1 byte
	char d;     // 1 byte
};

答案如下，有出乎意料之外嗎？

這是因為資料對齊的關係，資料對齊則又跟 CPU 存取效能有關，在 X1 結構中是以最大的資料成員，也就是 int (4 bytes) 為對齊方式，因此編譯器會以自然對齊的方式來對齊結構成員去填補結構，如下：

struct X1
{
	char a;		// 1 byte
	char pad0[3];	// 填補對齊到 4 位元組的邊界
	int b;		// 4 bytes
	short c;	// 2 bytes
	char d;		// 1 byte
	char pad1[1];	// 填補對齊到 4 的倍數
};

而結構 X2 及 X3 則有效利用了空間，因此記憶體用量也比較小。

那為什麼要講這個呢？因為在設計看盤軟體的 K 棒資料結構時，如果亂排可是會浪費很多的記憶體的，眾所周知股價資料是很大的，一天可以高達好幾十 GB，因此有必要節省記憶體的用量，以下這兩種設計記憶體用量就差距很大：

struct K1
{
	unsigned long d; // 日期
	double o; // 開
	double h; // 高
	double l; // 低
	double c; // 收
	double v; // 量
	unsigned long t; // 時間
};
struct K2
{
	unsigned long d; // 日期
	unsigned long t; // 時間
	double o; // 開
	double h; // 高
	double l; // 低
	double c; // 收
	double v; // 量
};

因此可以的話還是好好排列一下成員變數吧！