C語言字節對齊

什麼是字節對齊？

現代計算機中內存空間都是按照byte劃分的，從理論上講彷佛對任何類型的變量的訪問能夠從任何地址開始，但實際狀況是在訪問特定類型變量的時候常常在特 定的內存地址訪問，這就須要各類類型數據按照必定的規則在空間上排列，而不是順序的一個接一個的排放，這就是對齊。

爲何要字節對齊？

字節是否對齊關係到CPU訪問數據時的效率問題，假設一個CPU每次老是從內存中取出4個字節，從內存編號爲0的地方開始，如今我定義一個char a，定義一個int b，讓他們按順排列在內存中，就是這樣的：

char a佔用1個字節，int a佔用4個字節，CPU每次老是取4個字節，這時我想要取b時，須要先取出0-3，再取出4-7，而後將1-4拼在一塊兒，這樣就須要取兩次，可是，若是我讓char a和int b按照特定的順序排列：

這樣我只須要取一次就能將b取出，提高了CPU的工做效率。

字節對齊的概念和規則

概念：

• 數據類型自身的對齊值：對於char型數據，其自身對齊值爲1，對於short型爲2，對於int,float類型，其自身對齊值爲4，對於double型，其自身對齊值爲8（單位字節）。
• 結構體或者類的自身對齊值：其成員中自身對齊值最大的那個值。
• 指定對齊值：#pragma pack (value)時的指定對齊值value。
• 數據成員、結構體和類的有效對齊值：自身對齊值和指定對齊值中小的那個值。

規則：
有效對齊值N是最終用來決定數據存放地址方式的值，最重要。
有效對齊N，就是表示「對齊在N上」，也就是說該數據的"存放起始地址%N=0"。而數據結構中的數據變量都是按定義的前後順序來排放的。第一個數據變量的起始地址就是數據結構的起始地址。結構體的成員變量要對齊排放，結構體自己也要根據自身的有效對齊值圓整。

舉例說明

代碼以下

#include <stdio.h>

struct Test
{
    char a;
    int b;
    short c;
};
int main(void)
{
    struct Test t = {'a',1,2};
    printf("%d \n",sizeof(t));
    getchar();
    return 0;
}

若是咱們不知道字節對齊規則，那麼必定會認爲這個結構體的大小是這樣的，char類型1個字節，int類型4個字節，short類型2個字節一共7個字節，執行一下看看結果：

執行以後的結果是12，咱們先來看一下反彙編代碼：

根據反彙編代碼咱們能夠看到a,b,c中的值分別存放在ebp-0ch,ebp-8,ebp-4這三個地方，咱們到內存中看一下他們是怎麼排列的：

能夠看到char佔用1個字節，int佔用4個字節，short佔用2個字節，可是並無咱們想象的那樣緊挨着排放，而是有必定的排放規則。這裏就體現出了字節對齊，由於我這裏是32位的機器，默認是4字節對齊，下面來詳細的說一下是怎麼排列的：
假設基址爲0012FF3C，從偏移地址爲0的位置開始存放

• 根據上面的字節對齊規則，a是char類型，自身對齊值就是1字節，b是int類型，自身對齊值是4字節，c是short類型，自身對齊值是2字節
• 結構體的自身對齊值：結構體中自身對齊值最大的那個，根據上面的分析這個結構體的自身對齊值爲4字節
• 指定對齊值：由於咱們沒有指定對齊值，使用的是默認的4字節對齊
• 數據成員有效對齊值：自身對齊值和指定對齊值中小的那個值，a的自身對齊值是1，指定對齊值是4，較小值是1，那麼a的對齊值就是1；b的自身對齊值是4，指定對齊值是4，較小值是4，那麼a的對齊值就是4；c的自身對齊值是12，指定對齊值是4，較小值是2，那麼c的對齊值就是2，假設有一個變量是long類型，那麼這個變量的對齊值應該爲4.

這樣，a佔用1個字節，存放在偏移地址爲0的內存，0%1=0，沒有問題。

b佔用4個字節，若是將他挨着變量a存放，也就是存放在偏移地址爲1的位置，1%4=1，這樣就存在問題了，因此b存放到偏移地址爲4的位置，4%4=0。

最後，c佔用2個字節，若是將他挨着b存放，也就是存放到偏移地址爲8的位置，8%2=0，沒有問題，因此c存放到 偏移地址爲8的位置，佔兩個字節。

這樣就排列好了，這時，發現a,b,c一共才佔用了10個字節，由於結構體尚未根據自身有效對齊值圓整，根據上面的分析，這個結構體的自身對齊值是4，12%4=0，因此結構體會再佔用兩個字節，10和11，也就是A和B，這樣就得出這個結構體的實際大小是12。

固然，除了使用默認的對齊值，咱們還能夠本身使用#pragma pack (value)指定對齊值：

#include <stdio.h>
#pragma pack (2)

struct Test
{
    char a;
    int b;
    short c;
};
int main(void)
{
    struct Test t = {'a',1,2};
    printf("%d \n",sizeof(t));
    getchar();
    return 0;
}

這將對齊值設置成2，那麼a,b,c在內存中的排列方式應該是這樣的：

要注意，這裏的int b的自身對齊值是4字節，有效對齊值是2字節。