内存对齐那些事

最新推荐文章于 2024-08-30 08:56:09 发布

码龙1234

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GUN 内存对齐

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本文深入探讨了内存对齐的概念，并通过具体的代码示例展示了不同编译器环境下（如GCC和VC）内存对齐的实现原理及调整方法。此外，文章还介绍了如何利用GCC的特定属性来定制内存对齐。

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自己在网上爬了好久，终于总结出一点关于内存对齐心得，贴在网上，给刚学习的朋友做个敲门砖，要是大牛们觉得哪儿不合适可以给我留言，立马改正。

GNU是一个自由软件工程项目。GNU创始人Stallman
GNU的官方网站 http://www.gnu.org/，而他们最牛逼的就是gcc这个编译工具
在Linux中使用gcc编译程序，那我们在一些个结构体或者枚举时会关心到关于内存对齐的问题，下面就总结一下内存对齐的问题。
先来观察两个结构体：
第一个结构体：

typedef struct{
	unsigned char test1;
	double test2;
	unsigned int test3;
	unsigned short test4;
}testlength1;

先来计算一下这个结构体的sizeof是多少？
32位编译器，默认4个字节对齐，通过程序直接打印这个结构体的内存空间大小为：20
内存是怎么去对齐了呢？

通过以下代码打印出每个变量的地址：

printf("add0 = %x\n",(unsigned int)&(testlen));
printf("add1 = %x\n",(unsigned int)&(testlen.test1));
printf("add2 = %x\n",(unsigned int)&(testlen.test2));
printf("add3 = %x\n",(unsigned int)&(testlen.test3));
printf("add4 = %x\n",(unsigned int)&(testlen.test4));

结果是：
add0 = bf8c80ec
add1 = bf8c80ec
add2 = bf8c80f0
add3 = bf8c80f8
add4 = bf8c80fc
分析每个变量的地址，掌握内存对齐的方法：
首先结构体变量的起始地址：它符合什么样的规律，之前说过，默认为4字节对齐，bf8c80ec%4=0；这就是第一个变量的地址，我们的第一个变量是个char类型的，占据一个字节的内存空间，现在第二个变量是double类型的，占据8个字节，按照常理依次下去的话，第二个变量的地址应该是bf8c80ed，显然不是，地址依次增加，当满足地址整除4的时候存放第二个变量。当地址到bf8c80f0的时候刚好被4整除，之前的三个字节补0，此地址存放第二个变量，第三个变量占据4个字节，存放完第二个变量以后地址已经到bf8c80f8，这个地址刚好被4整除，第三个变量就放在这儿，第四个变量占据2个字节，bf8c80fc刚好是2的倍数，就在这儿存放。通过bf8c80fc-bf8c80ec=16，得到前三个变量总过所占16个字节的空间，最后一个变量本身占据两个字节，得到16+2=18不被4整除。默认是4个字节对齐的，所以在第四个变量存放完之后补两个字节。也可以这样看，除了最后一个变量外，前三个变量占据的空间等于bf8c80fc-bf8c80ec=16个字节，而这个结构体总共占据20个字节，除了结构体的最后一个变量占据的2个字节外，还有两个被补了0的字节。这样内存就是按照4字节来对齐了。

第二个结构体：

typedef struct{
	unsigned int test1;
	double test2;
	unsigned char test3;
	unsigned short test4;
}testlength2;

这个结构体的大小打印出来为：16
看着基本上差不多的两个结构体，居然打印出来占据的内存空间大小不一样，详细分析一下，第一个结构体跟第二个结构体只有其中的第一个变量和第三个变量的类型交换了一下。
同样使用上面的代码打印内存地址信息，如下：
add0 = bfb952f0
add1 = bfb952f0
add2 = bfb952f4
add3 = bfb952fc
add4 = bfb952fe
对于上面的地址分析的很详细，同上可得，第一个变量的地址刚好被4整除，存放第一个变量int型占四个字节，地址加4以后刚好被4整除，存放第二个变量double型的占8个字节，就到bfb952fc了，存放第三个变量char型，占据1个字节，bfb952fd不能被最后一个变量整除，补一个字节，就成bfb952fe了。总过加起来4+8+2+2=16，刚好被4整除。

说到这儿，可能有一个疑问，只能用四个字节去对齐吗？在GUN C的编译器中有一个关键词可以改变对齐方式：
先来说说，为什么默认是四个字节对齐，在32位的cpu中，cpu是按四个字节去寻址，读取指令，执行的。有32位的地址线和数据线，目的是为了充分利用cpu的资源。
__attribute__ ，这个关键字后面可以跟很多的命令，这儿只关心内存对齐的两个参数，packed和aligned。
先来看看两组代码的执行结果：

typedef struct{
	unsigned int test1;
	double test2;
	unsigned char test3;
	unsigned short test4;
}__attribute__ ((aligned(8))) testlength2;

结果：
sizeof(testlength2) = 16
add0 = bfdf44f0
add1 = bfdf44f0
add2 = bfdf44f4
add3 = bfdf44fc
add4 = bfdf44fe

typedef struct{
	unsigned int test1;
	double test2;
	unsigned char test3;
	unsigned short test4;
}__attribute__ ((aligned(16))) testlength2;

结果：
sizeof(testlength2) = 16
add0 = bf8a20f0
add1 = bf8a20f0
add2 = bf8a20f4
add3 = bf8a20fc
add4 = bf8a20fe

typedef struct{
	unsigned int test1;
	double test2;
	unsigned char test3;
	unsigned short test4;
}__attribute__ ((aligned(32))) testlength2;

结果：
sizeof(testlength2) = 32
add0 = bfd774e0
add1 = bfd774e0
add2 = bfd774e4
add3 = bfd774ec
add4 = bfd774ee
看到执行结果应该能看出端倪来，在这儿就不罗嗦了，说一下结果吧。从结构体的第一个变量到最后一个变量之间内存分配跟上面的一致，唯一不同的是改变对齐方式以后，当最后一个变量的起始地址减去第一个变量的起始地址加上最后一个变量的所占字节数取余aligned的参数不等于0的时候，就补0，直到地址能整除aligned参数的时候为止。还有一处就是结构体变量的起始地址刚好是aligned参数的整数倍。

packed这个参数的作用是让结构体中的所有变量按1个字节对齐：
执行结果：
sizeof(testlength2) = 15
add0 = bfbedbf1
add1 = bfbedbf1
add2 = bfbedbf5
add3 = bfbedbfd
add4 = bfbedbfe

上面所有的内容都是再说Linux GUN 代码规范。那vc是怎么做的那？
#pragma pack (2)
Linux 现在支持这种写法。