字节对齐解析-优快云博客

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/YLMF_yyz/article/details/44939261

今天突然用到了字节对齐的知识，所以看了几遍文章并做了些测试，总结如下

参考：

1.http://user.qzone.qq.com/279764633?ADUIN=1522421539&ADSESSION=1428455121&ADTAG=CLIENT.QQ.5389_FriendInfo_PersonalInfo.0&ADPUBNO=26441&ptlang=2052

2.http://blog.youkuaiyun.com/kokodudu/article/details/11918219

3.http://www.cnblogs.com/repository/archive/2011/01/13/1933721.html

一.先看以下代码：

#include <iostream>
using namespace std;

struct A
{
    int a;
    char b;
    short c;
};

struct B
{
    char a;
    int b;
    short c;
};

#pragma pack(2)
struct C
{
    char a;
    int b;
    short c;
};

#pragma pack(1)
struct D
{
    int a;
    char b;
    short c;
};

int main()
{
    cout << sizeof(A) << "   "<< sizeof(B)<< "   "<< sizeof(C)<< "   "<< sizeof(D)<<endl;
    return 0;
}

输出结果为

8 12 8 7

理论上来说，结构体A与B的大小应该都是一样的，造成这种原因的就是字节对齐引起来的

二.为什么要对齐呢？

简单点说：为了提高存取效率。字节是内存空间分配的最小单位, 在程序中，我们定义的变量可以放在任何位置。其实不同架构的CPU在访问特定类型变量时是有规律的,比如有的CPU访问int型变量时，会从偶数地址开始读取的,int类型占用4个字节（windows平台）。 0X0000，0X0004，0X0008.....这样只需要读一次就可以读出Int类型变量的值。相反地，则需要读取二次，再把高低字节相拼才能得到 int类型的值，这样子看的话，存取效率当然提高了。

三.编译器对字节对齐的一些规则

1.基本类型的自身对齐值：

类型对齐值

char 1

short 2

int 4

float 4

double 4（double自身长度虽然在x64上是8，但是它的对齐长度还是4）

2.类和结构体的对齐字节值：使用成员当中最大的对齐字节来对齐。比如在Struct A中，int a的对齐字节为4比char,short都大，所以A的对齐字节为4。

3.指定对齐值：使用了宏 #pragma pack(n)来指定的对齐值

4.类、结构及成员的有效对齐字节值：有效对齐值=min(类/结构体/成员的自身对齐字节值，指定对齐字节值)。有效对齐其实就是要求数据成员存放的地址值能被有效对齐值整除，即：地址值%有效对齐值=0，如果没有指定对齐字节值就使用编译器默认字节对齐值，这个值一般都大于4（为4或者8，64位g++多数网友说是8位），所以一般不会影响判断

规则虽然很多，但是我们实际使用中很少用到自己指定对齐值，所以后面3,4规则很少起作用，判断结构体占用字节或者sizeof返回值时主要根据1,2规则。

四.实例分析

从刚开始给的例子的A和B可以看出，内存对齐与结构体中变量声明的顺序有关

struct A
{
    int a;
    char b;
    short c;
};

step 1: 根据第二条，首先为结构体选择对齐值：选择成员中最大的对齐值，即int a，对齐值为4

step 2: 再根据第四条原则，决定有效对齐值为4

step 3: int a 的有效地址值为4，这样a的地址就是从 0X0000~0x0003　

step 4: char b 的有效对齐值为1，地址依次从0x0003 (因为Ox0003%1=0)开始，分配一个字节，char b地址段分配情况就是：0x0003~0x0004

step 5: short c 的有效对齐值为2，理论上说，分配的地址应该是连续的（从0x0005~0x00006），但是由于要求考虑到对齐的情况，所求要求地址段偏移，这样就从0x0006(Offset+1，因为0x0006%2=0)开始，分配2个字节的地址0x0006~0x0007.

目前为止，地址段的分配情况就是：0x0000~0x0007这样sizeof(A)的大小=0x0000~0x0007共8个字节大小，同时，8%4=0保证了Struct A的地址段与4成偶数倍。

struct B
{
    char a;
    int b;
    short c;
};

step 1: 确实结构体B对齐值：选择成员中最大的对齐值，即int a，对齐值为4

step 2: char a 的有效地址值1,a的地址就是 0X0000(因为0x0000%1=0)

step 3: int b 的有效对齐值4，地址依次从0x0004~0x0007 (因为Ox0004%4=0)开始，分配4个字节，目前j地址段分配情况就是：0x0000~0x0007

step 5: short c 的有效对齐值2，c从0x0008~0x0009(因为0x0008%2=0)开始.

至止，地址段的分配情况就是：0x0000~0x0009共10个字节，但是Struct B的对齐值为4,这就要求地址地段再偏移2个字节,这样就是从0x0000~0x000B共12(因为12%4=0)个字节大小。这样，sizeof(B)=12

C/C++字节对齐分析