C++ 内存对齐

内存对齐规则与应用

最新推荐文章于 2025-03-30 23:21:42 发布

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本文详细解释了内存对齐的三条关键规则，并通过代码实例展示了如何应用这些规则。包括结构体成员对齐、结构体整体对齐以及如何通过预处理器指令调整对齐方式。此外，还介绍了union的数据大小计算规则。

内存对齐两条规则：

1.对于结构的各个成员，第一个成员位于偏移为0的位置，以后每个数据成员的偏移量必须是min(#pragma pack()指定的数，这个数据成员的自身长度)的倍数。

2.在数据成员完成各自对齐之后，结构(或联合)本身也要进行对齐，对齐将按照#pragma pack指定的数值和结构(或联合)最大数据成员长度中，比较小的那个进行。

！important 1)注意不要把上面两者搞混淆一个是成员的偏移量，一个是整个结构体。 2)对齐自身数据成员时都是自身数据成员整数倍原因最大double 为8，而系统默认为8所以 min （pragma ，自身）一般等于自身。

看一个小程序：

看上面程序：

#include <iostream>
using namespace std;

struct  S1
{
	short int a;
	
	float b;
	int c;
	char d;	
}; 

struct S2
{	
	int a2;
	S1 st1;
	double b2;
	short int c2;

};

int main(){

	cout<<"  sizeof(float) "<<sizeof(float)<<"  sizeof(int)  "<<sizeof(int)<<"  sizeof(short int) "<<sizeof(short int)<<endl;
	cout<<"  sizeof(double) "<<sizeof(double)<<"  sizeof(char) "<<sizeof(char)<<endl;
	
	S1 st1;

	cout<<"&st1		"<<(&st1)<<endl;
	
	cout<<"short int &st1.a		"<<(&st1.a)<<endl;
	
	cout<<"float  &st1.b		"<<(&st1.b)<<endl;
	
	cout<<"int  &st1.c		"<<(&st1.c)<<endl;
	
	cout<<"char &st1.d		"<<(&st1.d)<<endl;
	
	cout<<"sizeof(st1)		" <<sizeof(st1)<<endl;

	cout<<"----------------------------------------------"<<endl;

	S2 st2;

	cout<<"&st2		"<<(&st2)<<endl;

	cout<<"int &st2.a2		"<<(&st2.a2)<<endl;

	cout<<"S1 &st2.st1		"<<(&st2.st1)<<endl;

	cout<<"double &st2.b2		"<<(&st2.b2)<<endl;

	cout<<"short int &st2.c2		"<<(&st2.c2)<<endl;

	cout<<"sizeof(st2)		" <<sizeof(st2)<<endl;
	return 0;
}

输出结果为：

sizeof(float) 4 sizeof(int) 4 sizeof(short int) 2
sizeof(double) 8 sizeof(char) 1
&st1 0012FF70
short int &st1.a 0012FF70
float &st1.b 0012FF74 // （应为float 为4 偏移量必须为4的倍数）
int &st1.c 0012FF78
char &st1.d 烫烫?
sizeof(st1) 16 // （2（short int ）+2（空）+4（float）+ 4（int） +1（char）+ 3（空））//后面3个空的是为了满足第二个规则最大4的倍数。
----------------------------------------------
&st2 0012FF48
int &st2.a2 0012FF48
S1 &st2.st1 0012FF4C //（因为S1 最大成员int 4 所以便宜 4的倍数）
double &st2.b2 0012FF60 //(0012FF4C-0012FF5C 为 st1 0012ff5c-0012ff60为了补偿了double 8 的倍数 )

short int &st2.c2 0012FF68
sizeof(st2) 40 // (4(int )+S1（16）+4（空）+8（double） +2（short int） +6（空补齐为double 8的倍数满足第二个规则）)
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3.内存为什么要对齐可以看该博文的解说： http://www.cppblog.com/snailcong/archive/2009/03/16/76705.html

把上面程序改一下： pargma pack 由默认8变为2。

#include <iostream>
using namespace std;
#pragma pack(2)
struct  S1
{
	short int a;
	float b;
	int c;
	char d;	
}; 

struct S2
{	
	int a2;
	S1 st1;
	double b2;
	short int c2;

};

int main(){

	cout<<"  sizeof(float) "<<sizeof(float)<<"  sizeof(int)  "<<sizeof(int)<<"  sizeof(short int) "<<sizeof(short int)<<endl;
	cout<<"  sizeof(double) "<<sizeof(double)<<"  sizeof(char) "<<sizeof(char)<<endl;
	
	S1 st1;

	cout<<"&st1		"<<(&st1)<<endl;
	
	cout<<"short int &st1.a		"<<(&st1.a)<<endl;
	
	cout<<"float  &st1.b		"<<(&st1.b)<<endl;
	
	cout<<"int  &st1.c		"<<(&st1.c)<<endl;
	
	cout<<"char &st1.d		"<<(&st1.d)<<endl;
	
	cout<<"sizeof(st1)		" <<sizeof(st1)<<endl;

	cout<<"----------------------------------------------"<<endl;

	S2 st2;

	cout<<"&st2		"<<(&st2)<<endl;

	cout<<"int &st2.a2		"<<(&st2.a2)<<endl;

	cout<<"S1 &st2.st1		"<<(&st2.st1)<<endl;

	cout<<"double &st2.b2		"<<(&st2.b2)<<endl;

	cout<<"short int &st2.c2		"<<(&st2.c2)<<endl;

	cout<<"sizeof(st2)		" <<sizeof(st2)<<endl;
	return 0;
}

运行结果为：

sizeof(float) 4 sizeof(int) 4 sizeof(short int) 2
sizeof(double) 8 sizeof(char) 1
&st1            0012FF74
short int &st1.a                0012FF74
float &st1.b           0012FF76
int &st1.c             0012FF7A //这个据0012FF74 不再是 4的倍数而只是2的倍数因为把pragma pack 变成了2.
char &st1.d             烫?
sizeof(st1)             12
----------------------------------------------
&st2            0012FF58
int &st2.a2             0012FF58
S1 &st2.st1             0012FF5C
double &st2.b2          0012FF68
short int &st2.c2               0012FF70
sizeof(st2)             26
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4.union的大小取决于它所有的成员中，占用空间最大的一个成员的大小

看下面程序：

#include <iostream>
using namespace std;
union u1
{
 double a;
 int b;
}; 

union u2
{
 char a[13];
 int b;
}; 

union u3
{
 char a[13];
 char b;
}; 

int main(){
 
 cout<<sizeof(u1)<<endl; // 8
 cout<<sizeof(u2)<<endl; // 16
 cout<<sizeof(u3)<<endl; // 13 
 return 0;
}

运行结果为：

8
16 //为16 是因为有一个int 要，struct 大小整个要为 sizeof(int) 大小整数倍。
13
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5.对于结构体中的结构体成员，不要认为它的对齐方式就是他的大小，看下面的例子：

struct s1
{
　char a[8];
}; 

struct s2
{
　double d;
};

cout<<sizeof(s1)<<endl; // 8
cout<<sizeof(s2)<<endl; // 8
s1，s2 大小都为8，但是s1 的对齐方式为1，s2 的对齐方式为8。