C語言詳細分析結構體的記憶體對齊規則

2022-07-03 14:02:28

引例

#include<iostream>
using namespace std;
struct S
{
	char c;		// 1
	int a;		// 4
	char d;		// 1
};
int main()
{
	struct S s = { 'a',2,'y'};
	cout << sizeof(struct S) << endl;// 12
	cout << sizeof(s) << endl; 		 // 12
	return 0;
}

結構體記憶體對齊規則

1. 結構體的第一個變數，永遠放在結構體起始位置偏移量為0的地方。

2. 結構體成員從第二個成員開始，剩下的成員總是放在偏移量為一個對齊數的整數倍處。對齊數=編譯器預設的對齊數與變數自身大小的較小值(VS的預設對齊數是8,Linux沒有預設對齊數)

3. 結構體的總大小，必須是結構體各個成員中最大對齊數的整數倍

4. 如果巢狀了結構體的情況，巢狀的結構體對齊到自己的最大對齊數的整數倍處，結構體的整體大小就是所有最大對齊數( 含巢狀結構體的對齊數)的整數倍。

滿足第一點：

滿足第二點：

滿足第三步：

為了滿足第三點，我們要記憶體對齊，結構體的總大小必須是4的倍數，現在只有12能夠滿足要求了。

但是我們存在著一些空間的浪費啊！

那麼為什麼要有記憶體對齊呢

大部分的參考資料都是如是說的：

平臺原因(移植原因)：

不是所有的硬體平臺都能存取任意地址上的任意資料的；某些硬體平臺只能在某些地址處取某些特定型別的資料，否則丟擲硬體異常。

效能原因：

資料結構(尤其是棧)應該儘可能地在自然邊界上對齊。原因在於，為了存取未對齊的記憶體，處理器需要作兩次記憶體存取；而對齊的記憶體存取僅需要一次存取。

例如：某些場景下一次只能讀取4byte空間：對比對齊和不對齊，可能讀取資料就可能出錯。

總體來說：

結構體的記憶體對齊是拿空間來換取時間的做法。

如何優化

那在設計結構體的時候，我們既要滿足對齊，又要節省空間，如何做到呢？那就是讓佔用空間小的成員儘量集中在一起。

//例如：
struct S1
{
	char c1;
	int i;
	char c2;
};
struct S2
{
	char c1;
	char c2;
	int i;
};

S1和S2型別的成員一模一樣，但是S1和S2所佔空間的大小有了一些區別。

修改預設對齊數

用#pragma修改預設對齊數

#include <stdio.h>
#pragma pack(8)//設定預設對齊數為8
struct S1
{
	char c1;
	int i;
	char c2;
};
#pragma pack()//取消設定的預設對齊數，還原為預設
#pragma pack(1)//設定預設對齊數為1
struct S2
{
	char c1;
	int i;
	char c2;
};
#pragma pack()//取消設定的預設對齊數，還原為預設
int main()
{
	//輸出的結果是什麼？
	printf("%dn", sizeof(struct S1));
	printf("%dn", sizeof(struct S2));
	return 0;
}

結論：

結構在對齊方式不合適的時候，我麼可以自己更改預設對齊數。

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C語言詳細分析結構體的記憶體對齊規則

目錄

引例

結構體記憶體對齊規則

那麼為什麼要有記憶體對齊呢

如何優化

修改預設對齊數

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