字节对齐

 字节对齐的意义：

字节对齐是计算机系统的存储器与处理器数据交换规则。数据在存储器上存储方式决定了处理器的读取速度，对齐限制为双方制定了一个约定，简化了双方的硬件接口设计。

假如处理器一次从存储器中取4个字节，处理器每次都会在地址为4K（4的整数倍）的地址开始读取数据。

举个例子：

struct T1
{
    char c;
    short s;
    int i;
}

sizeof(T1)结果是8字节，数据在内存中的分布如下：

如果没有字节对齐的话，需要把变量s和i前移一个字节，

而目前处理器是以4字节为单位从存储器中读取数据，后果就是读取变量i时需要读两次内存，因为变量i分布在0-3和4-7两个单元上，

这是计算机在空间和时间的博弈，损失空间换取时间。

一个结构体在内存中占多少字节？

按照字节对齐的原则，K字节的对象的地址必须是nK，结构体中的变量按照顺序，依次找到符合自己的位置（short要求2k，int要求4k，double要求8k。。。），中间没有用到的字节使用占位符，也要算到结构体的长度中。

在这里需要解释windows严格要求k字节对象的地址必须是k的倍数，linux在处理8字节的double变量时，采用了4字节对齐。

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除了系统提供的规则，我们可以在自己的程序制定字节对齐规则。

使用预编译指令#pragma pack (value)告诉编译器对齐数value，如下

 

  
  
#pragma pack(4)
struct T2
{
	short s;
	int i;
}
#pragma pack()
  

  

 

按照4字节对齐之后，结构体大小为8字节，结构体在内存分布如下：

#pragma pack(2)
struct T3
{
	short s;
	int i;
}
#pragma pack()

按照2字节对齐之后，结构体大小变为6字节，结构体在内存中分布如下：

需要注意的是对齐规则只对 value>sizeof(成员)的结构体成员生效，例如pack(4)并不会改变short成员存储在2K地址的规则，但是double就会从4K的地址开始存放。

使用#pragma pack编译选项应该清楚的意识到，它会为程序带来什么影响。

如果pack(1)，那么结构体会依次排布占满所有的地址，这样做的好处是使用最小的地址空间，但是这样处理器在读取结构体时效率最低。

字节对齐方式与处理器地址宽度相同，这时处理器读取结构体效率最高，吞吐率也最大。

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一些建议：

1.定义结构体时，按照变量占用空间的大小，由大到小确定结构体中变量的顺序，这样可以既节省空间，又不损失效率。

2.网络中传递数据时，最好双方约定字节对齐方式，因为不同系统之间的字节对齐方式有可能不同。

3.当结构体中嵌套结构体时，最好不要让内存结构体把外层结构体分隔开，这样的话外层结构体字节对齐方式会被分为两种。