• C/C++内存对齐


    什么是内存对齐、内存对齐的原因、内存对齐的规则

    什么是内存对齐?

    现代计算机中内存空间都是按照 字节(byte)划分的,从理论上讲似乎对任何类型的变量的访问可以从任何地址开始,但是实际的计算机系统对基本类型数据在内存中存放的位置有限制,它们会要求这些数据的首地址的值是某个数 k(通常它为4或8)的倍数,这就是所谓的内存对齐。

    内存对齐的原因

    1. 平台原因(移植原因):不是所有的硬件平台都能访问任意地址上的任意数据的。某些硬件平台只能在某些地址处取某些特定类型的数据,否则抛出硬件异常。
    2. 性能原因:数据结构(尤其是栈)应该尽可能地在自然边界上对齐。原因在于,为了访问未对齐的内存,处理器需要作两次内存访问,而对齐的内存访问仅需要一次访问。

    内存对齐的规则

    1. 每个特定平台上的编译器都有自己的默认“对齐系数”(也叫对齐模数)。可以通过预编译命令 #pragma pack(n),n = 1,2,4,8,16 来改变这一系数。
    2. 有效对其值:是给定值 #pragma pack(n) 和结构体中最长数据类型长度中较小的那个,有效对齐值也叫对齐单位。
    3. 结构体第一个成员的偏移量(offset)为0,以后每个成员相对于结构体首地址的 offset 都是该成员大小与有效对齐值中较小那个的整数倍,如有需要编译器会在成员之间加上填充字节。
    4. 结构体的总大小为有效对齐值的整数倍,如有需要编译器会在最末一个成员之后加上填充字节。

    目录

    一、什么是内存对齐

    二、内存对齐的方式

    1、 采用#pragma pack(n)来对齐

    (1)指定一字节对齐#pragma pack(1)

    (2)指定两个字节对齐#pragma pack(2)

    2、结构体的对齐方式

    一、什么是内存对齐
            首先我们先来了解一下为什么需要内存对齐,内存对齐的好处在哪里?

            我们都知道在32位计算机中,int类型占据4个字节,double占据8个字节,char占据1个字节。下面代码

    void main(){
      double Ser_double;
      int Ser_int;
      char Serve_char;
    }
            你以为上面的变量Ser_double、Ser_int、Ser_char存放在内存是这样的吗:

            NO!你错了,变量在内存的存放是这样的:

        因为变量的存放会遵循对齐原则,从上图可以看到三个变量存放后还有一个空的字节会被补齐。补齐的原因是因为计算机在内存取数据是按照固定一个长度的,像32位机,每次取32个位,也就是4个字节(一个字节等于8位),如果内存没有对齐的话,那么当某一次取数据的时候,取到变量的边界值了,那就需要取两次(也就是第一次取了int变量的前两个字节,第二次取后两个字节)。如果我们把内存对齐了,那么计算机每次在取数据时就只需要取一次就够了。

        注意:之所以计算机取数据是固定长度取的是因为为了提高效率。

    在32位编译器中各变量类型的字节数:

    char    1
    short    2
    int    4
    float    4
    double    8
    long    4(64位编译器中是8)
    long long    8
    指针    4(64位编译器中是8)
    二、内存对齐的方式
    那么内存对齐的规则有哪些呢?

    1、 采用#pragma pack(n)来对齐
    通过预编译命令#pragma pack(n)来指定有效对齐值,也就是n可以指定程序中的变量对齐字节数,但是不是一定都按照n个字节来对齐,是需要n的值比结构体数据成员的大小小才会起作用。

    (1)指定一字节对齐#pragma pack(1)
    Struct Student{
      char c;
      int i;
      short s;
    };
    Student serven;


    此时sizoof(serven) = 7;

    (2)指定两个字节对齐#pragma pack(2)
    Struct Student{
      char c;
      int i;
      short s;
    };
    Student serven;


    此时sizoof(serven) = 8;

    2、结构体的对齐方式
    结构体的对齐方式是按照结构体中的最大字节数的变量来确定的,例如:

    struct Student{
      double StuNo;
      int ClaNo;
      char Name[7];
      int Count;
    };


        从图中可以看到结构体定义了一个double,两个int和一个char数组类型。可以得到:

        第一个变量是从offset为0进行存放,接下来的变量将以自身的字节数的整数倍进行存放,char是一个字节,那么它可以在内存的任意偏移量进行存放,int是四个字节,那么它只能在4的整数倍(0,4,8,12,...)进行存放,不够位置的要进行填充,如上图char数组存放好后需要填充一个字节到达4的整数倍开始存放int类型的变量,double变量也是,它需要存放位置在8的整数倍(0,8,16,...)。

        还有就是sizeof()是返回结构体占有的字节数:

    Student serven_stu;
    sizeof(serven_stu);      // 打印结果是:24

    ————————————————
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  • 原文地址:https://blog.csdn.net/u012294613/article/details/126315562