内存对齐

内存对齐

内存地址对齐，是一种在计算机内存中排列数据（表现为变量的地址）、访问数据（表现为CPU读取数据）的一种方式，包含了两种相互独立又相互关联的部分：基本数据对齐和结构体数据对齐 。

存在内存对齐原因：

1、平台原因(移植原因)：不是所有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，否则抛出硬件异常。

2、性能原因：数据结构(尤其是栈)应该尽可能地在⾃然边界上对齐。原因在于，为了访问未对齐的内存，处理器需要作两次内存

问；而对齐的内存访问仅需要一次访问。

1、基本数据对齐
                 在X86，32位系统下基于Microsoft、Borland和GNU的编译器，有如下数据对齐规则：
                 a、一个char（占用1-byte）变量以1-byte对齐。
                 b、一个short（占用2-byte）变量以2-byte对齐。
                 c、一个int（占用4-byte）变量以4-byte对齐。
                 d、一个long（占用4-byte）变量以4-byte对齐。
                 e、一个float（占用4-byte）变量以4-byte对齐。
                 f、一个double（占用8-byte）变量以8-byte对齐。
                 g、一个long double（占用12-byte）变量以4-byte对齐。
                 h、任何pointer（占用4-byte）变量以4-byte对齐。

                64位系统下：
                 a、一个long（占用8-byte）变量以8-byte对齐。
                 b、一个double（占用8-byte）变量以8-byte对齐。
                 c、一个long double（占用16-byte）变量以16-byte对齐。
                 d、任何pointer（占用8-byte）变量以8-byte对齐。

       2、结构体数据对齐
       结构体数据对齐，是指结构体内的各个数据对齐。在结构体中的第一个成员的首地址等于整个结构体的变量的首地址，而后的成员的地址随着它声明的顺序和实际占用的字节数递增。为了总的结构体大小对齐，会在结构体中插入一些没有实际意思的字符来填充（padding）结构体。

       在结构体中，成员数据对齐满足以下规则：

a、第一个成员在结构体变量偏移量为0的地址处。
b、其他成员变量要对齐到某个数字（对齐数）的整数倍的地址处。
  对齐数 = 编译器默认的一个对齐数与该成员大小的较小值。
 VS中默认的值为8
  gcc中的默认值为4
c、结构体总大小为最大对齐数（每个成员变量除了第一个成员都有一个对齐数）的
整数倍。
d、如果嵌套了结构体的情况，嵌套的结构体对齐到自己的最大对齐数的整数倍处，
结构体的整体大小就是所有最大对齐数（含嵌套结构体的对齐数）的整数倍。

#include<stdio.h>
int main()
{
	struct
	{
		char a;
		int b;
		short c;
		char d;
	}dataAlign;   
	struct 
	{
		char a;
		char d;
		short c;
		int b;
	}dataAlign2;
	printf("dataAlign:%d\ndataAlign2:%d\n",sizeof(dataAlign),sizeof(dataAlign2));
	return 0;
}

得到的结果如下：

      首先来看dataAlign，第一个成员等于结构体变量首地址，偏移量为0，第二个成员为int=4，为了满足规则b，需要在第一个成员之后填充3-byte，让它相对于结构体首地址偏移量为4，结合运行结果，可知&dataAlign.a = 0x01109140，而&dataAlign.b = 0x01109144，它们之间相隔4-byte，0x01109141~0x01109143三个字节被0填 充。第三个成员short=2，无需填充满足规则b。第四个成员char=1，也不需要填充。结构体总大小相加4 + 4 + 2 + 1 = 11。同样最后需要验证规则c，结构体中数据类型大小最大为第二个成员int=4，比VC默认对齐模数8小，故这个结构体的对齐模数仍然为4，显然11 mode 4 != 0，故为了满足规则c，需要在char后面填充一个字节，这样结构体变量dataAlign的总大小为4 + 4 + 2 + 2 = 12。

        再来看dataAlign2，第一个成员的地址等于结构体变量的首地址，第二个成员char类型，为了满足规则b，它相对于结构体的首地址的偏移量必须 是char=1的倍数，由于前面也是char，故不需要在第一个和第一个成员之间填充，直接满足条件。第三个成员short=2如果要满足规则b，也不需 要填充，因为它的偏移量已经是2。同样第四个也因为偏移量int=4，不需要填充，这样结构体总共大小为8-byte。最后来验证规则c，在VC中默认 的#pragma pack(n)中的n=8，而结构体中数据类型大小最大的为第四个成员int=4，故对齐模数为4,并且8 mode 4 = 0，所以满足规则c。这样整个结构体的总大小为8。