なぜ構造体のsizeofは、C/C++で各メンバーのsizeofの合計と一致しないのか？

構造体の sizeof の値が、その構造体を構成する各メンバーの sizeof の合計と一致しないことがあります。この差が生じる原因は、パディング（詰め物）とアライメント（整列）です。

C/C++ のすべてのデータ型には、それぞれアライメント要件が定められています。プロセッサにはアーキテクチャ固有のワード長（処理単位）があり、たとえば32ビットマシンでは、1回の処理で扱うワードサイズは4バイト（32ビット）となります。このため、コンパイラはメンバーを効率よく配置するために、メンバー間や構造体の末尾に余分なバイトを挿入します。

コード例

次の例を見てみましょう。

#include <iostream>
using namespace std;

struct X {
    char b[3];
    int c;
};

int main() {
    char b[3];
    int c;
    int total = sizeof(b) + sizeof(c);
    cout << sizeof(X) << endl;
    cout << total;
    return 0;
}

出力結果

このコードを実行すると、次のような出力が得られます（64ビットマシンでの例）。

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なぜこのような結果になるのか？

構造体 X の場合、まず char 型配列 b（3バイト）がメモリに配置されます。しかし、その直後に4バイトの int 型メンバー c を続けて配置すると、アライメントのルールに違反してしまいます。そこで、コンパイラは b の末尾に1バイトのパディングを挿入し、c を4バイト境界から開始するように調整します。この余分なパディングが、構造体全体のサイズを大きくしているのです。