内存字节对齐

写出一个struct,然后sizeof,你会不会经常对结果感到奇怪?sizeof的结果往往都比你声明的变量总长度要大,这是怎么回事呢?讲讲字节对齐吧.

 

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如果体系结构是不对齐的，A中的成员将会一个挨一个存储，从而sizeof(a)为11。显然对齐更浪费了空间。那么为什么要使用对齐呢？
体系结构的对齐和不对齐，是在时间和空间上的一个权衡。对齐节省了时间。假设一个体系结构的字长为w，那么它同时就假设了在这种体系结构上对宽度为w的数据的处理最频繁也是最重要的。它的设计也是从优先提高对w位数据操作的效率来考虑的。比如说读写时.............此处省略５０万字

 

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 为什么需要内存对齐？对齐有什么好处？是我们程序员来手动做内存对齐呢？还是编译器在进行自动优化的时候完成这项工作？

       在现代计算机体系中，每次读写内存中数据，都是按字（word，4个字节，对于X86架构，系统是32位，数据总线和地址总线的宽度都是32位，所以最大的寻址空间为232 = 4GB（也 许有人会问，我的32位XP用不了4GB内存，关于这个不在本篇博文讨论范围），按A[31,30…2,1,0]这样排列，但是请注意为了CPU每次读写 4个字节寻址，A[0]和A[1]两位是不参与寻址计算的。）为一个块（chunks）来操作（而对于X64则是8个字节为一个快）。注意，这里说的 CPU每次读取的规则，并不是变量在内存中地址对齐规则。既然是这样的，如果变量在内存中存储的时候也按照这样的对齐规则，就可以加快CPU读写内存的速 度，当然也就提高了整个程序的性能，并且性能提升是客观，虽然当今的CPU的处理数据速度(是指逻辑运算等,不包括取址)远比内存访问的速度快，程序的执 行速度的瓶颈往往不是CPU的处理速度不够，而是内存访问的延迟，虽然当今CPU中加入了高速缓存用来掩盖内存访问的延迟，但是如果高密集的内存访问，一 种延迟是无可避免的，内存地址对齐会给程序带来了很大的性能提升。

 

上面是你随便　google一下,人家就可以跟你解释的,一大堆的道理,我们没怎么多时间,讨论为何要对齐.直入主题,怎么判断内存对齐规则,sizeof的结果怎么来的,请牢记以下3条原则:(在没有#pragma pack宏的情况下，务必看完最后一行)

 

１:数据成员对齐规则：结构(struct)(或联合(union))的数据成员，第一个数据成员放在offset为0的地方，以后每个数据成员存储的起始位置要从该成员大小或者成员的子成员大小（只要该成员有子成员，比如说是数组，结构体等）的整数倍开始(比如int在３２位机为４字节,则要从４的整数倍地址开始存储。

 

２:结构体作为成员:如果一个结构里有某些结构体成员,则结构体成员要从其内部最大元素大小的整数倍地址开始存储.(struct a里存有struct b,b里有char,int ,double等元素,那b应该从8的整数倍开始存储.)

 

３:收尾工作:结构体的总大小,也就是sizeof的结果,.必须是其内部最大成员的整数倍.不足的要补齐.

 

 

等你看完此３条原则,２分钟已经过去,抓紧时间,实战３分钟:

 

 

typedef struct bb
{
 int id;             //[0]....[3]
 double weight;      //[8].....[15]　　　　　　原则１
 float height;      //[16]..[19],总长要为８的整数倍,补齐[20]...[23]　　　　　原则３
}BB;

typedef struct aa
{
 char name[2];     //[0],[1]
 int  id;         //[4]...[7]　　　　　　　　　　原则１

 double score;     //[8]....[15]　　　　
 short grade;    //[16],[17]　　　　　　　　
 BB b;             //[24]......[47]　　　　　　　　　　原则２
}AA;

int main()
{
  AA a;
  cout<<sizeof(a)<<" "<<sizeof(BB)<<endl;
  return 0;
}

 

结果是

48 24
ok,上面的全看明白了,内存对齐基本过关.

 

再讲讲#pragma pack().

在代码前加一句#pragma pack(1),你会很高兴的发现,上面的代码输出为

32 16
bb是4+8+4=16,aa是2+4+8+2+16=32;

这不是理想中的没有内存对齐的世界吗.没错,#pragma pack(1),告诉编译器,所有的对齐都按照1的整数倍对齐,换句话说就是没有对齐规则.

 

明白了不?

 

那#pragma pack(2)的结果又是多少呢?对不起,５分钟到了,自己去测试吧.

 

ps:Vc,Vs等编译器默认是#pragma pack(8)，所以测试我们的规则会正常；注意gcc默认是#pragma pack(4)，并且gcc只支持1,2,4对齐。套用三原则里计算的对齐值是不能大于#pragma pack指定的n值。