C/C++以內存對齊

時間 2019-11-10

標籤 c++ 內存對齊欄目 C&C++ 简体版

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數據對齊，是指數據所在的內存地址必須是該數據長度的整數倍。DWORD數據的內存起始地址能被4除盡，WORD數據的內存起始地址能被2除盡。X86 CPU能直接訪問對齊的數據，當它試圖訪問一個未對齊的數據時，會在內部進行一系列的調整。這些調整對於程序員來講是透明的，可是會下降運行速度，因此編譯器在編譯程序時會盡可能保證數據對齊。ios

不一樣的編譯器內存對齊的方式不一樣。程序員

一個小例子：在32位的機器上，數據是以4字節爲對齊單位，這兩個類的輸出結果爲何不一樣？（VS2008）數組

[cpp] view plain copy

#include <iostream>
using namespace std;
class B
{
private:
bool m_bTemp;
int m_nTemp;
bool m_bTemp2;
};
class C
{
private:
int m_nTemp;
bool m_bTemp;
bool m_bTemp2;
};
int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
cout<<sizeof(B)<<endl;
cout<<sizeof(C)<<endl;
system("pause");
return 0;
}

答案是：3*4=12,2*4=8佈局

分析：在訪問內存時，若是地址按4字節對齊，則訪問的效率會高不少。性能

考慮到性能方面，編譯器會對結構進行對齊處理，考慮下面的結構：spa

struct aStruct.net

{blog

char cValue;內存

int iValue;get

};

直觀地講，這個結構的尺寸是sizeof(char)+sizeof(int)=6,可是在實際編譯下，這個結構尺寸默認是8，由於第二個域iValue會被對齊到第4個字節。

注意：字節對齊是編譯時決定的，一旦決定則不會再改變，所以即便有對齊的因素存在，也不會出現一個結構在運行時尺寸發生變化的狀況。

在本題中：第一種類的數據對齊是下面的狀況：

bool ---- ---- ----

------- int ---------

bool ----- ---- ----

第二種類的數據對齊是下面的狀況：

------- int ----------

bool bool ---------

因此類的大小分別3*4和2*4

通常在VC++中加上#pragma pack(n)設置內存對齊。

咱們能夠利用#pragma pack()來改變編譯器的默認對齊方式。

#pragma pack(n) //編譯器將按照n字節對齊

#pragma pack() //編譯器將取消自定義字節對齊方式

在#pragma pack(n)和#pragma pack()之間的代碼按n字節對齊。

可是成員對齊有一個重要的條件，即每一個成員按照本身的對齊方式對齊；也就是說雖然指定了按n字節對齊，但並非全部的成員都以n字節對齊。

對齊的規則是：每一個成員按其類型的對齊參數（一般是這個類型的大小）和指定對齊參數（這裏是n字節）中較小的一個對齊，即min(n,sizeof(item))，而且結構的長度必須爲所用過的全部對齊參數的整數倍，不夠就補空字節。

[cpp] view plain copy

#pragma pack(8)
struct TestStruct4
{
char a;
long b;
};
struct TestStruct5
{
char c;
TestStruct4 d;
long long e;
};
int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
cout<<sizeof(TestStruct4)<<endl;
cout<<sizeof(TestStruct5)<<endl;
system("pause");
return 0;
}

運行結果爲：8,24

分析：

TestStruct4 中，成員a是1字節，默認按照1字節對齊，指定對齊參數是8，這兩個值中取1，a按1字節對齊；

成員b是4字節，默認是按4字節對齊，這時就按4字節對齊，因此sizeof(TestStruct4)應該是8.

TestStruct5 中，c和TestStruct4中的a同樣，按1字節對齊；而d是個結構，它是8字節，對於結構來講，它的默認對齊方式就是其全部成員使用的對齊參數中最大的一個，TestStruct4就是4，因此成員d就按照4字節對齊。成員e是8字節，它是默認的8字節對齊，和指定的同樣，因此它對齊到8本身的邊界上，這時，已經使用了12字節了，因此又添加了4字節的空間，從第16字節開始放置成員e。這時長度爲24，已經能夠被8整除（成員e按8字節對齊）。這樣一共使用了24字節。

內存佈局圖以下：

TestStruct4 的內存佈局：

a b

1*** 1111

TestStruct5 的內存佈局：

c d.a d.b e

1*** 1*** 1111 **** 11111111

注意3點：

（1）每一個成員按照本身的方式對齊，並能最小化長度

（2）複雜類型（如結構）的默認對齊方式是它最長的成員的對齊方式，這樣在成員是複雜類型時，能夠最小化長度。

（3）對齊後的長度必須是成員中最大的對齊參數的整數倍，這樣在處理數組時能夠保證每一項都邊界對齊。

補充：對於數組，好比說char a[3]，它的對齊方式和分別寫3個char是同樣的，也就是說它仍是按1字節對齊；若是寫成typedef char Arrary3[3],Arrary3這種類型的對齊方式仍是按1字節對齊，而不是按它的長度。