字节对齐分析

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字节对齐分析

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1. 什么是字节对齐?
   在C语言中,结构是一种符合的数据类型,它们当中又基本的数据类型,也有符合的数据类型(数组,结构和联合).在结构中,编译器为每个一个成员都按其边界分配空间,各个成员按照它们的声明顺序在内存中顺序存储,第一个成员的地址和整个结构的地址相同.
   为了更快速的对变量进行访问,加入了”字节对齐”,例如4字节对齐,其起始位置应位于4字节边界上,其起始位置能够被4整除
2. 字节对齐的好处
   字节对齐能便于CPU快速的访问,同时合理的利用字节对齐能有效的节省存储空间
   对于32位机来说,4字节对齐能够使CPU访问速度提高.例如一个long型的变量,如果跨越了4字节的边界存储,那么要读取两次,这样效率就很低.同样,在32位机中,如果使用1字节或2字节对齐,也会使得访问速度降低.
   所以,这不仅要考虑处理器类型,还要考虑编译器的类型,在VC中默认是4字节对齐,GNU gcc也默认是4字节对齐.
3. 更改编译器的对齐方式
   在缺省条件下,C编译器为每一个变量或者数据单元都按其自然对界条件分配空间.可以使用一下方法进行改变:
   使用伪指令#pragam pack(n) C编译器将按n字节对齐
   使用伪指令#pragam pack(),取消自定义字节对齐方式
   还又一种方式:
   _attribute((aligned (n))),让所作用的结构成员对齐在n字节自然边界上,如果结构中有成员的长度大于n,则按照最大成员的长度来对齐
   _attribute((packed)),取消结构在编译过程中的优化对齐,按照实际占用字节数进行对齐
4. 深入理解
   现代计算机中内存空间都是按照byte划分的，从理论上讲似乎对任何类型的变量的访问可以从任何地址开始，但实际情况是在访问特定类型变量的时候经常在特定的内存地址访问，这就需要各种类型数据按照一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。
   对齐的作用和原因：各个硬件平台对存储空间的处理上有很大的不同。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。比如有些架构的CPU在访问一个没有进行对齐的变量的时候会发生错误,那么在这种架构下编程必须保证字节对齐.其他平台可能没有这种情况，但是最常见的是如果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。比如有些平台每次读都是从偶地址开始，如果一个int型（假设为32位系统）如果存放在偶地址开始的地方，那么一个读周期就可以读出这32bit，而如果存放在奇地址开始的地方，就需要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得到该32bit数据。显然在读取效率上下降很多。
5. 实际分析
   加入整型变量地址不对齐,比如地址为0x00000002,则CPU如果取它的值的话,需要访问两次内存,第一次0x00000002-0x00000003的一个short,到第二次取0x00000004-0x00000005的一个short,r然后变量组合得到想要的数据.如果变量在0x00000003上的话,则要访问三次内存,第一次为char,第二次为short,但三次为char,然后组合得到整型数据.如果变量能对齐的话,只要一次就可以取出正确数据