字节对齐

本文深入探讨了字节对齐的概念,解释了为何在编程时需要考虑对齐,以及如何影响CPU访问内存数据的效率。通过实例分析,揭示了对齐在数据类型存储和内存访问中的作用。

字节对齐

在结构中,编译器为结构的每个成员按其自然边界(alignment)分配空间。各个成员按照它们被声明的顺序在内存中顺序存储,第一个成员的地址和整个结构的地址相同。

为了使CPU能够对变量进行快速的访问,变量的起始地址应该具有某些特性,即所谓的”对齐”. 比如4字节的int型,其起始地址应该位于4字节的边界上,即起始地址能够被4整除.

对于标准数据类型,它的地址只要是它的长度的整数倍就行了,而非标准数据类型按下面的原则对齐:

  数组 :按照基本数据类型对齐,第一个对齐了后面的自然也就对齐了。

  联合 :按其包含的长度最大的数据类型对齐。

  结构体: 结构体中每个数据类型都要对齐。

  比如有如下一个结构体:

  struct stu{

   char sex;

   int length;

   char name[10];

  };

  struct stu my_stu;

由于在x86下,GCC默认按4字节对齐,它会在sex后面跟name后面分别填充三个和两个字节使length和整个结构体对齐。于是我们sizeof(my_stu)会得到长度为20,而不是15.

需要字节对齐的根本原因在于CPU访问数据的效率问题。假设上面整型变量的地址不是自然对齐,比如为0x00000002,则CPU如果取它的值的话需要访问两次内存,第一次取从0x00000002-0x00000003的一个short,第二次取从0x00000004-0x00000005的一个short然后组合得到所要的数据,如果变量在0x00000003地址上的话则要访问三次内存,第一次为char,第二次为short,第三次为char,然后组合得到整型数据。而如果变量在自然对齐位置上,则只要一次就可以取出数据。

'font-size:9.0pt'>sizeof(表达式)这样的使用,sizeof是给出其操作数所需要占用的内存大小,在编译时就可以确定。因此不需要去计算表达式的值;

因此有:

int i = 3;

      cout<<sizeof(i++)<<endl;

      cout<<i<<endl;

         输出4,3。i++根本没有执行。

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