C說話、C++內存對齊成績詳解。本站提示廣大學習愛好者：（C說話、C++內存對齊成績詳解）文章只能為提供參考，不一定能成為您想要的結果。以下是C說話、C++內存對齊成績詳解正文
這也能夠？
#include <iostream>
using namespace std;
struct Test_A
{
char a;
char b;
int c;
};
struct Test_B
{
char a;
int c;
char b;
};
struct Test_C
{
int c;
char a;
char b;
};
int main()
{
struct Test_A a;
memset(&a, 0, sizeof(a));
struct Test_B b;
memset(&b, 0, sizeof(b));
struct Test_C c;
memset(&c, 0, sizeof(c));
// Print the memory size of the struct
cout<<sizeof(a)<<endl;
cout<<sizeof(b)<<endl;
cout<<sizeof(c)<<endl;
return 0;
}
好了，一段簡略的法式，下面的這段法式輸入是甚麼？假如你很懂，也就會曉得我接上去要講甚麼了，可以略過了；假如，你不曉得，或許還很隱約，請持續浏覽。
這是為何？
下面這段法式的輸入成果以下（windows 8.1 + visual studio 2012 update3下運轉）:
// Print the memory size of the struct
cout<< sizeof(a)<<endl; // 8bytes
cout<< sizeof(b)<<endl; // 12bytes
cout<< sizeof(c)<<endl; // 8bytes
很奇異麼？界說的三個構造體，只是換了一下構造體中界說的成員的前後次序，怎樣終究獲得的構造體所占用的內存年夜小卻紛歧樣呢？很詭異麼？好了，這就是我這裡要總結的內存對齊概念了。
內存對齊
內存對齊的成績重要存在於懂得struct和union等復合構造在內存中的散布。很多現實的盤算機體系對根本類型數據在內存中寄存的地位無限制，它們會請求這些數據的首地址的值是某個數k（平日它為4或8）的倍數，這就是所謂的內存對齊。這個值k在分歧的CPU平台下，分歧的編譯器下表示也有所分歧，如今我們觸及的主流的編譯器是Microsoft的編譯器和GCC。
關於我們這類做下層運用的法式員來講，真的是很少斟酌內存對齊這個成績的，內存對齊關於下層法式員來講，是“通明的”。內存對齊，可以說是編譯器做的任務，編譯器為法式中的每一個數據塊支配在恰當的內存地位上。許多時刻，我們要寫出效力更高的代碼，此時我們就須要去懂得這類內存對齊的概念，和編譯器在前面究竟鬼鬼祟祟干了點甚麼。特殊是關於C和C++法式員來講，懂得和控制內存對齊更是主要的。
為何要有內存對齊呢？該占用多年夜的內存，那就開拓對應年夜小的內存就行了，比如下面的構造體，兩個char類型和一個int類型，年夜小應當是6bytes才對啊，怎樣又是8bytes，又是12bytes的啊？關於內存對齊，重要是為了進步法式的機能，數據構造，特殊是棧，應當盡量地在天然界限上對齊。緣由在於，為了拜訪未對其的內存，處置器須要做兩次內存拜訪；但是，對齊的內存拜訪僅僅須要一次內存拜訪。
在盤算機中，字、雙字和四字在天然界限上不須要在內存中對齊（對字、雙字和四字來講，天然界限分離是偶數地址，可以被4整除的地址和可以被8整除的地址）。假如一個字或雙字操作數逾越了4字節界限，或許一個四字操作數逾越了8字節界限，就被以為是未對齊的，從而須要兩次總線周期來拜訪內存。一個字肇端地址是奇數，但卻沒有逾越字界限，就被以為是對齊的，可以或許在一個總線周期中被拜訪。綜上所述，內存對齊可以用一句話來歸納綜合——數據項只能存儲在地址是數據項年夜小的整數倍的內存地位上。
我們再來看看一個簡答的例子：
#include <stdio.h>
struct Test
{
char a;
int b;
int c;
char d;
};
int main()
{
struct Test structTest;
printf("&a=%p\n", &structTest.a);
printf("&b=%p\n", &structTest.b);
printf("&c=%p\n", &structTest.c);
printf("&d=%p\n", &structTest.d);
printf("sizeof(Test)=%d\n", sizeof(structTest));
return 0;
}
輸入成果以下：
&a=00C7FA44
&b=00C7FA48
&c=00C7FA4C
&d=00C7FA50
sizeof(Test)=16
構造體Test的成員變量b占用字節數為4bytes，所以只能存儲在4的整數倍的地位上，因為a只占用1一個字節，而a的地址00C7FA44和b的地址00C7FA48之間相差4bytes，這就解釋，a其實也占用了4個字節，如許能力包管b的肇端地址是4的整數倍。這就是內存對齊。假如沒有內存對齊，我們再拿下面的代碼作為例子，則能夠輸入成果以下：
&a=ffbff5e8
&b=ffbff5e9
&c=ffbff5ed
&d=ffbff5f1
sizeof(Test)=10
可以看到，a占用了一個字節，緊接著a以後就是b；之前也說了，內存對齊是操作體系為了疾速拜訪內存而采取的一種戰略，簡略來講，就是為了避免變量的二次拜訪。操作體系在拜訪內存時，每次讀取必定的長度（這個長度就是操作體系的默許對齊系數，或許是默許對齊系數的整數倍）。沒有了內存對齊，當我們讀取變量c時，第一次讀取0xffbff5e8~0xffbff5ef的內存，第二次讀取0xffbff5f0~0xffbff5f8的內存，因為變量c所占用的內存逾越了兩片地址區域，為了准確獲得變量c的值，就須要讀取兩次，將兩次內存歸並停止整合，如許就下降了內存的拜訪效力。
我在這裡說了這麼多，也挺繞口，這就是內存對齊的規矩。在C++中，每一個特定平台上的編譯器都有本身的內存對齊規矩，上面我們就內存對齊的規矩停止總結。
內存對齊規矩
每一個特定平台上的編譯器都有本身的默許“對齊系數”。我們可以經由過程預編譯敕令#pragma pack(k)，k=1,2,4,8,16來轉變這個系數，個中k就是須要指定的“對齊系數”；也能夠應用#pragma pack()撤消自界說字節對齊方法。詳細的對齊規矩以下：
規矩1：struct或許union的數據成員對齊規矩：第一個數據成員放在offset為0的處所，對齊依照#pragma pack指定的數值和本身占用字節數中，兩者比擬小的誰人停止對齊；好比；
#pragma pack(4) // 指定對齊系數為4，當占用字節數年夜於等於4時，就依照4停止對齊
struct Test
{
char x1;
short x2;
float x3;
char x4;
};
x1占用字節數為1，1 < 4，依照對齊系數1停止對齊，所以x1放置在offset為0的地位；
x2占用字節數為2，2 < 4，依照對齊系數2停止對齊，所以x2放置在offset為2，3的地位；
x3占用字節數為4，4 = 4，依照對齊系數4停止對齊，所以x3放置在offset為4，5，6，7的地位；
x4占用字節數為1，1 < 4，依照對齊系數1停止對齊，所以x4放置在offset為8的地位；
如今曾經占了9bytes的內存空間了，然則現實在visual studio 2012中實測為12bytes，為何呢？看下一條規矩。
規矩2：struct或許union的全體對齊規矩：在數據成員完成各自對齊今後，struct或許union自己也要停止對齊，對齊將依照#pragma pack指定的數值和struct或許union中最年夜數據成員長度中比擬小的誰人停止；
持續應用規矩1種的例子停止說明，依照規矩1的懂得，struct Test曾經占用了9bytes，現實為何是12bytes呢？依據規矩2，在一切成員對齊完成今後，struct或許union本身也要停止對齊；我們設定的對齊系數為4，而struct Test中占用字節數最年夜的是float類型的x3，因為x3占用字節數小於或等於設定的對齊系數4，所以struct或許union全體須要依照4bytes停止對齊，也就是說，struct或許union占用的字節數必需可以或許被4整除，好了。struct Test曾經占用了9bytes了，10bytes不克不及被4整除，11bytes也不克不及，12bytes正好；所以，struct Test終究占用的字節數為12bytes。
上述兩條規矩就是內存對齊的根本規矩，先部分對齊，後全體對齊。
實例剖析
總結了那末多的規矩，不來點現實的code，總覺的少點甚麼，好吧。以下就依照上述總結的內存對齊規矩，來停止一些現實的代碼剖析（注：測試情況Windows 8.1 + Visual Studio 2012 update 3）。
測試代碼以下，先確認測試情況：
#include <iostream>
using namespace std;
struct Test
{
char x1;
double x2;
short x3;
float x4;
char x5;
};
int main()
{
cout<<"sizeof(char)"<<sizeof(char)<<endl; // 1byte
cout<<"sizeof(short)"<<sizeof(short)<<endl; // 2bytes
cout<<"sizeof(int)"<<sizeof(int)<<endl; // 4bytes
cout<<"sizeof(double)"<<sizeof(double)<<endl; // 8bytes
return 0;
}
我分離設置#pragma pack(k)，k=1,2,4,8,16停止測試。
#pragma pack(1) // 設定對齊系數為1
struct Test
{
char x1;
double x2;
short x3;
float x4;
char x5;
};
起首應用規矩1，對成員變量停止對齊：
x1 <= 1，依照1停止對齊，x1占用0；
x2 > 1，依照1停止對齊，x2占用1，2，3，4，5，6，7，8；
x3 > 1，依照1停止對齊，x3占用9，10；
x4 > 1，依照1停止對齊，x4占用11，12，13，14；
x5 > 1，依照1停止對齊，x5占用15；
最初應用規矩2，對struct全體停止對齊：
x2占用內存最年夜，為8bytes，8bytes > 1byte，所以全體依照1停止對齊；16%1=0。
所以，在#pragma pack(1) 的情形下，struct Test占用內存為16bytes；內存占用以下圖所示：
#pragma pack(2) // 設定對齊系數為2
struct Test
{
char x1;
double x2;
short x3;
float x4;
char x5;
};
起首應用規矩1，對成員變量停止對齊：
x1 <= 2，依照1停止對齊，x1占用0；
x2 > 2，依照2停止對齊，x2占用2，3，4，5，6，7，8，9；
x3 >= 2，依照2停止對齊，x3占用10，11；
x4 > 2，依照2停止對齊，x4占用12，13，14，15；
x5 < 2，依照1停止對齊，x5占用16；
最初應用規矩2，對struct全體停止對齊：
x2占用內存最年夜，為8bytes，8bytes > 2byte，所以全體依照2停止對齊；17%2!=0
所以，在#pragma pack(2) 的情形下，struct Test占用內存為18bytes；內存占用以下圖所示：
#pragma pack(4) // 設定對齊系數為4
struct Test
{
char x1;
double x2;
short x3;
float x4;
char x5;
};
起首應用規矩1，對成員變量停止對齊：
x1 <= 4，依照1停止對齊，x1占用0；
x2 > 4，依照4停止對齊，x2占用4，5，6，7，8，9，10，11；
x3 < 4，依照2停止對齊，x3占用12，13；
x4 >= 4，依照4停止對齊，x4占用16，17，18，19；
x5 < 4，依照1停止對齊，x5占用20；
最初應用規矩2，對struct全體停止對齊：
x2占用內存最年夜，為8bytes，8bytes > 4byte，所以全體依照4停止對齊；21%4!=0
所以，在#pragma pack(4) 的情形下，struct Test占用內存為24bytes；內存占用以下圖所示：
#pragma pack(8) // 設定對齊系數為8
struct Test
{
char x1;
double x2;
short x3;
float x4;
char x5;
};
起首應用規矩1，對成員變量停止對齊：
x1 <= 8，依照1停止對齊，x1占用0；
x2 >= 8，依照8停止對齊，x2占用8，9，10，11，12，13，14，15；
x3 < 8，依照2停止對齊，x3占用16，17；
x4 <= 8，依照4停止對齊，x4占用20，21，22，23；
x5 < 8，依照1停止對齊，x5占用24；
最初應用規矩2，對struct全體停止對齊：
x2占用內存最年夜，為8bytes，8bytes >= 8byte，所以全體依照8停止對齊；25%8!=0
所以，在#pragma pack(8) 的情形下，struct Test占用內存為32bytes；內存占用以下圖所示：
#pragma pack(16) // 設定對齊系數為16
struct Test
{
char x1;
double x2;
short x3;
float x4;
char x5;
};
起首應用規矩1，對成員變量停止對齊：
x1 < 16，依照1停止對齊，x1占用0；
x2 < 16，依照8停止對齊，x2占用8，9，10，11，12，13，14，15；
x3 < 16，依照2停止對齊，x3占用16，17；
x4 < 16，依照4停止對齊，x4占用20，21，22，23；
x5 < 16，依照1停止對齊，x5占用24；
最初應用規矩2，對struct全體停止對齊：
x2占用內存最年夜，為8bytes，16bytes >= 8byte，所以全體依照8停止對齊；25%8!=0
所以，在#pragma pack(16) 的情形下，struct Test占用內存為32bytes；內存占用以下圖所示：
總結
經由下面的實例剖析，我對內存對齊有了周全的熟悉和懂得。如今再回過去看看文章開首的那段代碼，成績就水到渠成了，同時經由這段代碼，讓我們熟悉到界說struct或許union時，也是有講授的。在今後的編碼生活時，是否是又要多斟酌一些呢？糾結~
