一,结构体内存对齐的原因
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访问,而对齐的内存访问仅需要一次访问。在将内存对齐的情况下,处理器只需要进行一次内存访问。因此,间接达到以空间换时间的目的,从而提高效率。
二,内存对齐的规则
1. 第一个成员在与结构体变量偏移量为0的地址处。
2. 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 ,Linux中的默认值为4。)
3. 结构体总大小为最大对齐数(每个成员变量都有一个对齐数)的整数倍。
4. 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。
三,示例
#include<stdio.h>
#include<string.h>
//test1
typedef struct test1
{
char a;
int c;
char b;
}test1;
//test2
typedef struct test2
{
char a;
char b;
int c;
}test2;
void main()
{
printf("test1字节数 == %d\n", sizeof(test1));
printf("test2字节数 == %d\n", sizeof(test2));
}

由代码段看出test1和test2两个结构体的内容相同,但是结构体大小却不同,以下将解释原因
test1

根据结构体内存对齐的规则来看,变量a位于结构体偏移量为0的地址处,成员c对齐到对齐数4(VS的默认对齐数为8,而该成员的自身对齐数为4,最终对齐数取二者中的较小值4)的整数倍处,所以从第五个字节数处开始对齐。成员b为char类型占据一个字节,按照顺序对齐在c之后即可。但是结构体总大小应为结构体成员中最大对齐数的整数倍,所以在b之后再补4字节,总大小为12 为4的倍数,满足内存对齐规则。
test2

同理,a置于与结构体变量偏移量为0的地址处,b对齐在对齐数1的倍数处,c应当对齐在4的倍数处,所以在b后补2个字节。最终,结构体总大小为最大对齐数的整数倍,所以test2的大小为8。
本文详细解析了内存对齐的原因,包括平台依赖性和性能优化。介绍了内存对齐的规则,如结构体成员在自然边界对齐以减少内存访问次数,举例说明了结构体test1和test2的内存布局。通过代码实例展示不同对齐策略如何影响结构体大小。
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