内存对齐研究

    最近复习时，看到内存对齐，于是对这一块研究了下，记录下来。

(1)内存对齐概念

一个变量在内存中的地址是其长度的整数倍，称之为自然对齐。比如对一个int型变量，其地址是0x00000004，表示该变量是自然对齐的。

(2)为什么需要内存对齐

主要是提高cpu访问内存的速度。如果不对数据进行对齐，cpu读取数据可能需要两次或者更多次，然后在合并成需要的数据类型，这样效率太低了。

例如：对一个int类型变量

      (a)地址为0x00000004，此时是自然对齐，cpu只需要一次就完成了读取。

      (b)地址为0x00000002，此时数据没有对齐，cpu先读取一个short，然后在读取一个short，然后组合成一个int类型数据，用了两次。

      (c)地址为0x00000003，此时数据没有对齐，cpu先读取一个char，然后读取一个short，然后在读取一个char，然后组合成int类型，用了三次。

可见数据对齐对提高cpu访问数据的效率很有必要。

(3)内存对齐规则

有四个基本概念：

(a)数据类型自身对齐值

   char类型自身对齐值1个字节，short类型为2，int,float为4，double为8。

(b)结构体或者类自身对齐值

   成员自身对齐值的最大值

(3)指定对齐值

   #define pack (n)，表示按n个字节对齐。

(4)数据成员、结构体和类的有效对齐值

          自身对齐值和指定对齐值中的较小值。

有效对齐值N决定了最终数据存放地址的值，最终要的。有效对齐到N，表示数据地址对N求余为0，即"数据地址%N = 0"。

对齐的三条规则：

(a)成员对齐：结构体个成员的其实地址必须是成员数据类型长度的整数倍。

(b)结构体整体需求：结构体总的长度必须是成员最大数据类型长度的整数倍。

(c)编译器对齐指令：vc中#pragma pack(n),按照n字节进行对齐。

例子如下：

1、没有用编译器对齐指令#pragma pack(n)

   struct a
   {  
      char ax;
      int  bx;
      short cx;  
   };

ax的其实地址为0x00000000，自身对齐值为1，0x00000000%1=0，第一个字节存ax。而int类型自身对齐值为4，0x00000001%4!=0，0x00000002%4!=0，0x00000003%4!=0，0x00000004%4=0，所以bx存储的其实地址为0x00000004，还有后续的连续三个字节，0x00000005，0x00000006，0x00000007。cx的自身对齐值为2，其实地址0x00000008%2=0，后续占用一个字节0x00000009；按照这样算来，struct a应该占用10个字节，亲，别忘了还要考虑整体需求。结构中成员最大数据类型为int，总的字节数应该是int长度的整数倍，所以short后还需要补两个字节，共12个字节。即sizeof(a)=12。

2、使用编译器对齐指令#pragma pack(n)
分两种情况讨论：

(a)n比结构体中最大数据类型大，此时采用默认对齐方式

#pragma  pack (8)

   struct a
   {  
      char ax;
      int  bx;
      short cx;  
   };

此时，struct a的长度12，sizeof(a)=12。

(b)n比结构体中最大数据类型大，此时按照n进行对齐

#pragma  pack (2)

   struct a
   {  
      char ax;
      int  bx;
      short cx;  
   };

       ax占用0x00000000,0x00000001两个字节，bx占用0x000000002，x000000003，x000000004，x00000005四个字节，cx占用0x000000006，x00000007两个字节。故struct a共占用8个字节，sizeof(a)=8。