内存对齐的规则以及作用

内存对齐的规则以及作用  

2010-07-13 21:35:42|  分类： c++ |  标签： |字号大中小 订阅

 首先由一个程序引入话题：

 1  // 环境：vc6 + windows sp2
 2  // 程序1
 3  #include <iostream>
 4 
 5  using  namespace std;
 6 
 7  struct st1 
 8 {
 9      char a ;
10      int  b ;
11      short c ;
12 };
13 
14  struct st2
15 {
16      short c ;
17      char  a ;
18      int   b ;
19 };
20 
21  int main()
22 {
23     cout<<"sizeof(st1) is "<< sizeof(st1)<<endl;
24     cout<<"sizeof(st2) is "<< sizeof(st2)<<endl;
25      return 0 ;
26 }
27 

程序的输出结果为：

 sizeof(st1) is 12

        sizeof(st2) is 8 

 

问题出来了，这两个一样的结构体，为什么sizeof的时候大小不一样呢？

本文的主要目的就是解释明白这一问题。

 

内存对齐，正是因为内存对齐的影响，导致结果不同。

对于大多数的程序员来说，内存对齐基本上是透明的，这是编译器该干的活，编译器为程序中的每个数据单元安排在合适的位置上，从而导致了相同的变量，不同声明顺序的结构体大小的不同。

 

       那么编译器为什么要进行内存对齐呢？程序1中结构体按常理来理解sizeof(st1)和sizeof(st2)结果都应该是7，4(int) + 2(short) + 1(char) = 7 。经过内存对齐后，结构体的空间反而增大了。

在解释内存对齐的作用前，先来看下内存对齐的规则：

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。

 

#pragma pack(n) 表示设置为n字节对齐。 VC6默认8字节对齐

以程序1为例解释对齐的规则 ：

St1 ：char占一个字节，起始偏移为0 ，int 占4个字节，min(#pragma pack()指定的数，这个数据成员的自身长度) = 4（VC6默认8字节对齐），所以int按4字节对齐，起始偏移必须为4的倍数，所以起始偏移为4，在char后编译器会添加3个字节的额外字节，不存放任意数据。short占2个字节，按2字节对齐，起始偏移为8，正好是2的倍数，无须添加额外字节。到此规则1的数据成员对齐结束，此时的内存状态为：

oxxx|oooo|oo

0123 4567 89 （地址）

（x表示额外添加的字节）

共占10个字节。还要继续进行结构本身的对齐，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，st1结构中最大数据成员长度为int，占4字节，而默认的#pragma pack 指定的值为8，所以结果本身按照4字节对齐，结构总大小必须为4的倍数，需添加2个额外字节使结构的总大小为12 。此时的内存状态为：

oxxx|oooo|ooxx

0123 4567 89ab  （地址）

到此内存对齐结束。St1占用了12个字节而非7个字节。

 

St2 的对齐方法和st1相同，读者可自己完成。

 

内存对齐的主要作用是：

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：经过内存对齐后，CPU的内存访问速度大大提升。具体原因稍后解释。