内存对齐【整理】

纯属学习笔记:

//此页面可以通过在dev_c++4.9.9.2运行,并通过小量的更改在其他IDE下运行. #if 0 Copyright (c) 2009,万维网 All rights reserved. 文件名称：memSet.h 摘 要：本文描述了内存对齐的各种概念和内存管理的其他知识点, 应用相应的程序示例 进行解释. 备 注: 本文资料收集于网络并通过作者整理. 此篇不考虑继承和虚函数虚表问题. 此类 问题分析详见下个版本. 当前版本：1.0 作 者：张旭 完成日期：2009年8月24日 #endif #if 0 【what and why】 即: 什么是字节对齐,为什么要对齐? 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. 即：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齐数据存放进行对齐, 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. 【4个重要概念】 1.数据类型自身的对齐值： 对于char型数据, 其自身对齐值为1; 对于short型为2; 对于int, float, double类型, 其自身对齐值为4单位字节. 2.结构体或者类的自身对齐值： 其成员中自身对齐值最大的那个值. 3.指定对齐值： #pragma pack (value)时的指定对齐值value. 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小的那个值. 【有效对齐值拓展】 有效对齐值n是最终用来决定数据存放地址方式的值. 有效对齐n, 就是表示对齐在n上, 也就是说该数据的" 存放起始地址 % n = 0 ". 而数据结构中的数据变量都是按定义的 先后顺序来排放的. 第一个数据变量的起始地址就是数据结构的起始地址. 结构体的成 员变量要对齐排放, 结构体本身也要根据自身的有效对齐值圆整( 就是结构体成员变量 占用总长度需要是对结构体有效对齐值的整数倍, 结合下面例子理解 ). #endif #include<iostream> using std::cout; using std::endl; void newSet(); void newSet_P(); typedef struct { int id; //[0]....[3] double weight; //[7].....[15]　　　　　　 原则１ float height; //[16]..[19],总长要为８的整数倍,补齐[20]...[23]　 原则３ }ZX; typedef struct { char name[2]; //[0],[1] int id; //[4]...[7]　　　　　　　　　　 原则１ double score; //[8]....[15]　　　　 short grade; //[16],[17]　　　　　　　　 ZX b; //[24]......[47]　　　　　　　　　　 原则２ }ZX_1; int main() { ZX_1 a; cout << sizeof( ZX_1 ) << " " << sizeof( ZX ) << endl; cout << "改变顺序的对比:" << endl; newSet(); cout << "利用编译指令#pragma pack( value )进行对比:" << endl; newSet_P(); system( "pause" ); return 0; #if 0 输出为：sizeof( ZX_1 ) = 48, sizeof(ZX) = 24 调整数据成员的结构就改变了结构的sizeof( value ); 例如：把ZX中的double weight;提到int id;前面的话就得到sizeof(ZX) = 16； #endif } void newSet() { typedef struct { int a; char b; short c; }NEW_1; typedef struct { char b; int a; short c; }NEW_2; typedef struct { int a; char b; short c; }NEW_0; struct { short c; char b; int a; }NEW_3; cout << sizeof( NEW_1 ) << endl; cout << sizeof( NEW_2 ) << endl; cout << sizeof( NEW_3 ) << endl; } void newSet_P() { #pragma pack( 1 ) typedef struct { int a; char b; short c; }NEW_1; typedef struct { char b; int a; short c; }NEW_2; typedef struct { int a; char b; short c; }NEW_0; struct { short c; char b; int a; }NEW_3; cout << sizeof( NEW_1 ) << endl; cout << sizeof( NEW_2 ) << endl; cout << sizeof( NEW_3 ) << endl; #pragma pack() } #if 0 【计算sizeof( value )必需遵循的原则】 数据成员对齐规则： 结构(struct)(或联合(union))的数据成员, 第一个数据成员放在offset为0的地方, 以 后每个数据成员存储的起始位置要从该成员大小的整数倍开始.( 如int在32位机为4字 节, 则要从4的整数倍地址开始存储) 结构体作为成员对齐规则: 如果一个结构里有某些结构体成员, 则结构体成员要从其内部最大元素大小的整数倍地 址开始存储. (struct a里存有struct b, b里有char, int , double等元素, 那b应该 从8的整数倍开始存储. ) 收尾工作: 结构体的总大小即sizeof的结果. 必须是其内部最大成员的整数倍. 不足的要补齐. 【在考虑内存对齐时的编程技巧】 在编程的时候要考虑节约空间的话, 那么我们只需要假定结构的首地址是0, 然后各个 变量按照上面的原则进行排列即可, 基本的原则就是把结构中的变量按照类型大小从小 到大声明,尽量减少中间的填补空间. 还有一种就是为了以空间换取时间的效率,我们显 示的进行填补空间进行对齐, 比如: 有一种使用空间换时间做法是显式的插入reserved成员 struct A { char a; char reserved[3];//使用空间换时间 int b; } reserved成员对我们的程序没有什么意义, 它只是起到填补空间以达到字节对齐的目的, 当 然即使不加这个成员通常编译器也会给我们自动填补对齐, 我们自己加上它只是起到显式的提醒作用. 【总结】 总之, 内存对齐方式就是把数据类型中的数据成员一个一个的排在内存中, 并且按照上面所 述的原则就行计算sizeof( type )的值. #endif