数据对齐

最新推荐文章于 2025-02-28 17:09:25 发布

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本文详细解析了数据对齐的概念及其在计算机系统中的作用。通过具体的结构体实例，展示了不同类型的数据成员如何按照特定规则进行内存分配，以实现高效的数据读取。同时，通过对比不同的结构体布局，解释了数据对齐如何影响结构体的总大小。

许多计算机系统对数据类型的合法地址做了一些限制，要求某种数据类型对象的地址必须是某个值K（2,4,8）的倍数，这种堆积限制简化形成了处理器和存储器系统之间接口的硬件设计，总之就是为了方便高效的读取数据，于是就有了数据对齐。

struct S1

{

   char k;

   double i;

   char c; 

};

Sizeof(S1)的值为24，而不是10，其原因就是数据对齐，如果是连续的存每个字段的值，那么double类型的i就可能分配在两个8字节的存储器块中，那么可能就要执行两次存储器访问，而现在的内存分配至这样的，k,i,c都占用8个字节，这样访问1次存储器就能得到double类型的i的值。k后面会有7个字节被浪费掉，也就是说i的偏移量是8，同样的c后面有7个字节被浪费掉，尽管它后面没有任何字段。这样显然太浪费内存了。如果我们将i和c的位置交换一下得到如下struct S2：

struct S2

{

   char k;

   char c;  

   double i;

};

现在Sizeof(S2)的值为16，而不是10也不是24。为了方便取出struct中最长的字段，即方便一次性读出，这个最长的字段前面和后面的字段所占的长度都必须是它的倍数，在这里就是double的长度8的倍数。而k所占的长度加c所占的长度为2，小于8，所以k和c的内存是连续的，c后面接着的是6个空白字节然后就是i所占的8个字节。我想你会有这样的疑问：为什么不直接把S1编译成S2？我只能说我也不知道，但有一个类似的情况就是：在类的初始化列表中，先定义的字段先初始化。那么在这里先定义的先分配内存，还有就是struct根本没有产生多与的东西，来区分每个字段，要是编译器把他们的内存结果重组了，它又怎么知道自己读的是哪个字段呢。以上几句只是阿汉的个人理解，没有任何证明。

有了上面的解释说明，在看一些简单的struct所需的内存就容易了。

struct S3

{

   char k;

   int c;

   double i;

};

Sizeof(S3):16,k与c连续，c后面3个字节空白，紧接着i占8个字节，共16个字节。

struct S4

{

   S3 a;

   int i[5];

};

那么sizeof(S4)的值为多少呢？40，a占16个字节，i占24个字节。a占16个字节我们是知道的，为什么int i[5]占24个字节，而不是20个字节呢，还是因为数据对齐，因为S3中的double i占8个字节，那么i占用的字节长度就一定是8的倍数，所以int i[5]占24个字节，而不是20个字节，如果S4中i的定义是int i[4],则i占16个字节，大家都没话说，没有疑问。

同样的S4中的所有元素都是连续（会出现因为数据的长度不同而出现间隙空白），S4中的元素也会遵守数据对齐原则，其实我们可以把S4看成如下的样子：

struct S4

{

   char k;

   int c;

   double i;

int i[5];

};

这样就好理解多了。

如果S3和S4的样子如下

struct S3

{

   char k;

   int c;

   int i;

};

 

struct S4

{

   S3 a[2];

   double i[5];

};

sizeof(S4)等于多少呢？结果居然是64；S3中a[2]的大小是24，由于对齐的长度为8。再看看几个类的例子：

#include<iostream>
using namespace std;

class A1
{
public:
	int a;
	static int b;
	A1();
	~A1();
};

class A2
{
public:
	int a;
	char c;
	A2();
	~A2();
};

class A3
{
public:
	float a;
	char c;
	A3();
	~A3();
};


class A4
{
public:
	float a;
	int b;
	char c;
	A4(){};
	~A4(){};
};

class A5
{
public:
	double d;
	int b;
	float a;
	char c;
	int e;
	A5();
	~A5();
};

class A6
{
public:
	A1 a1;
	char ch;
};

class A7
{
public:
	A1 a1;
	double ch;
};

class A8
{
public:
	A5 a5;
	char ch;
};

class A9
{
public:
	A4 a4;
	double ch;
};

struct S4
{
	float a;
	int b;
	char c;
	
};
struct S5
{
	S4 s4;
	double ch;
};

int main()
{ 
	cout<<"sizeof(int)"<<sizeof(int)<<endl;
	cout<<"sizeof(double)"<<sizeof(double)<<endl;
	cout<<"sizeof(A1)"<<sizeof(A1)<<endl;
	cout<<"sizeof(A2)"<<sizeof(A2)<<endl;
	cout<<"sizeof(A3)"<<sizeof(A3)<<endl;
	cout<<"sizeof(A4)"<<sizeof(A4)<<endl;
	cout<<"sizeof(A5)"<<sizeof(A5)<<endl;
	cout<<"sizeof(A6)"<<sizeof(A6)<<endl;
	cout<<"sizeof(A7)"<<sizeof(A7)<<endl;
	cout<<"sizeof(A8)"<<sizeof(A8)<<endl;
	cout<<"sizeof(A9)"<<sizeof(A9)<<endl;
	cout<<"sizeof(S4)"<<sizeof(S4)<<endl;
	cout<<"sizeof(S5)"<<sizeof(S5)<<endl;
	return 0;
}
sizeof(int)4
sizeof(double)8
sizeof(A1)4
sizeof(A2)8
sizeof(A3)8
sizeof(A4)12
sizeof(A5)24
sizeof(A6)8
sizeof(A7)16
sizeof(A8)32
sizeof(A9)24
sizeof(S4)12
sizeof(S5)24
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