内存对齐小解

本次试验是在32位系统下进行的。

 

1、什么是内存对齐

       现代计算机中内存空间都是按照byte划分的，从理论上讲彷佛对任何类型的变量的访问能够从任何地址开始，但实际状况是在访问特定变量的时候常常在特定的内存地址访问，这就须要各种型数据按照必定的规则在空间上排列，而不是顺序的一个接一个的排放，这就是对齐。

       为何要了解内存对齐：各个硬件平台对存储空间的处理上有很大的不一样。一些平台对某些特定类型的数据只能从某些特定地址开始存取。其余平台可能没有这种状况，可是最多见的是若是不按照适合其平台要求对数据存放进行对齐，会在存取效率上带来损失。好比有些平台每次读都是从偶地址开始，若是一个int型（假设为32位系统）若是存放在偶地址开始的地方，那么一个读周期就能够读出，而若是存放在奇地址开始的地方，就可能会须要2个读周期，并对两次读出的结果的高低字节进行拼凑才能获得该int数据。显然在读取效率上降低不少。这也是空间和时间的博弈。

　　一般咱们不须要去主动进行内存对齐的操做，编译器会自动为咱们选择最优的对齐规则方式，合理利用空间节省程序运行的时间，但如果咱们能了解这种规则，对于咱们编写程序仍是会有很大的帮助的。

2、对齐内存规则

　　1.第一个成员在与结构体变量偏移量为0的地址处。

　　2.其余成员变量要对齐到对齐数（编译器默认的一个对齐数与该成员大小的较小值）的整数倍的地址处。

　　3.结构体总大小为最大对齐数（除了第一个成员每一个成员变量都有一个对齐数）的整数倍。

　　4.若是嵌套告终构体的状况，嵌套的结构体对齐到本身的最大对齐数的整数倍处，结构体的总体大小就是全部最大对齐数（含嵌套结构体的对齐数）的整数倍。

 

3、实例解释

 

要想要看出数据的对齐方式，首先你就得明白各类数据类型在各类操做系统下所占字节的大小。

咱们来看一下在32位系统下各类参数类型所占字节的大小：

接着咱们用几个例子来说解对齐规则：

（1）

首先咱们用一字节对齐的方式来检验咱们以前所说的类型所占字节大小：

 1 #pragma pack(1)//让编译器对此结构体做字节对齐
 2 struct A
 3 {
 4         char a;//  1
 5         int b;//   4
 6         short c;// 2
 7         long d;//  4
 8         float e;// 4
 9 };
10 #pragma pack()//取消字节对齐，回复默认字节对齐
11 int main()
12 {
13         struct A a;
14         printf("%d\n",sizeof(a));
15         return 0;
16 }

若是没有字节对齐（或者为一字节对齐方式），按照咱们以前的计算方式，1+4+2+4+4=15，所占字节大小应该为15。

程序运行：

 

（2）咱们取消以前的设置，直接使用默认对齐数对齐。

 1 #include <stdio.h>
 2 //#pragma pack(1)//让编译器对此结构体做字节对齐
 3 struct A
 4 {
 5         char a;//  1
 6         int b;//   4
 7         short c;// 2
 8         long d;//  4
 9         float e;// 4
10 };
11 //#pragma pack()//取消字节对齐，回复默认字节对齐
12 int main()
13 {
14         struct A a;
15         printf("%d\n",sizeof(a));
16         return 0;
17 }

程序运行：

由上图能够看到，明明是同样的程序，只不过取消了1字节对齐，就由原来的占15字节变成了占20字节，这就是字节对齐的缘由。

咱们用一张图来解释：

　　第一个成员char一开始占用的是0偏移处，占用一个字节位，但因为是4字节对齐，且第二个成员int占用的字节位4，在4字节对齐的规则下，char后面只有三个字节空位，不足以放下，因此在三偏移处另开一个空存放，第三个成员short占用2字节，能够放入，第四个成员long和第五个成员float依照前面的规则正好存放20个字节，20个字节正好为这个结构体的最大对齐数的整数倍，因此这个结构体占用空间为20字节。

 

（3）前面咱们说的都是恰好的状况，有些朋友可能仍是不能很好的理解这个规则，咱们再举几个例子：

 1 #include <stdio.h>
 2 //#pragma pack(1)//让编译器对此结构体做字节对齐
 3 struct A
 4 {
 5         char a;//  1
 6         int b;//   4
 7         short c;// 2
 8         //long d;//  4
 9         //float e;// 4
10 };
11 //#pragma pack()//取消字节对齐，回复默认字节对齐
12 int main()
13 {
14         struct A a;
15         printf("%d\n",sizeof(a));
16         return 0;
17 }

程序运行：

　　char、int、short按一字节方式为7，可是结构体对齐以后为12，按照咱们在（2）中将的方式：char占0偏移处，一字节；int在插入以后放不下，因此另起一个整数倍空间，在3偏移处，占4字节；short在7偏移处，占2字节。总共占10字节，但按照咱们以前讲的，整个结构体的大小应该为最大偏移数的整数倍，因此最小整数倍应该为12，因此整个结构体占12字节。

 

（4）若是不信，咱们能够在来变化一下结构体内数据验证

 1 #include <stdio.h>
 2 //#pragma pack(1)//让编译器对此结构体做字节对齐
 3 struct A
 4 {
 5         char a;//  1
 6         //int b;//   4
 7         short c;// 2
 8         long d;//  4
 9         char g;//  1
10         //float e;// 4
11 };
12 //#pragma pack()//取消字节对齐，回复默认字节对齐
13 int main()
14 {
15         struct A a;
16         printf("%d\n",sizeof(a));
17         return 0;
18 }

程序运行：

　　char在0偏移处，占一字节，short为2字节，在最大偏移数的范围内能存下，因此在1偏移处占2字节，long在3偏移处占4字节，char在7偏移处占1字节，总共占9字节，按照对齐规则，总大小应该为4的整数倍，因此总大小为12。

 

 

4、对齐缘由

　　1.平台缘由（移植缘由）：不是全部的硬件平台都能访问任意地址上的任意数据的；某些硬件平台只能在某些地址处取某些特定类型的数据，不然抛出硬件异常。

　　2.性能缘由：数据结构（尤为是栈）应该尽量地访问在天然边界上对齐。缘由在于，为了访问未对齐的内存，处理器须要做两次内存访问；而对齐的内存访问仅须要一次访问。

 

5、内存对齐的好处

你知道了内存对齐的规则那么咱们在编写程序的时候就能编写出更加有效高效的程序。

用一个例子来简单的解释一下：

 1 #include <stdio.h>
 2 
 3 struct A
 4 {
 5         char a;
 6         int b;
 7         short c;
 8 };
 9 struct B
10 {
11         char a;
12         short b;
13         int c;
14 };
15 int main()
16 {
17         struct A a;
18         struct B b;
19         printf("%d\n",sizeof(a));
20         printf("%d\n",sizeof(b));
21         return 0;
22 }

程序运行：

结构体内成员都同样可是排列方式不同，结构体的占用空间不同。

用两张图就能够简单解释：