gcc 4.7+ version 位元組對齊
2013-09-25 08:22:04 收藏
1、位域對齊
3.7版本之後gcc都預設使用了-mms-bitfields，此選項意義為使用microsoft的方式進行對齊操作，其對齊策略為將對所有型別相同的位域合併到一起。與之相對的是gcc對其方式，其對齊策略為將所有位域合併到一起，並不區分位域型別。
如下例：
[cpp]
struct
mircrosoft對齊方式將合併型別相同的a、b，為之分配8個位元組，而對於c，則單獨分配8個位元組，所以上述結構體在此對齊方式下大小為16.
gcc對齊方式將不區分型別合併所有的位域，並根據原型別中最大尺寸分配位域儲存所需的位元組數。譬如對於上述結構，最大尺寸為long long，所以上述結構體大小為8.
此結論可以通過為struct新增不同的gcc結構屬性測試得到。
[cpp]
struct fields __attribute__ ((__ms_struct__)); //用於測試microsoft對齊方式。得到sizeof(fields)結果為16。
//}__attribute__ ((__gcc_struct__));//用於測試gcc對齊方式。得到sizeof(fields)結果為8。
從gcc與ms（microsoft）的對齊策略可見，gcc的對齊方式相對更加節約儲存空間。
2、結構對齊
先看乙個結構體：
[cpp]
struct struct_ ;
此結構體使用預設的gcc選項編譯後，既缺省使用-mms-bitfields選項的情況下，將得到大小為9位元組的儲存空間。
這是因為對於32位操作
系統，gcc預設對齊位元組為4位元組，在使用ms結構對齊策略的情況下，gcc在處理第乙個變數時保持其尺寸不變，既為1位元組，在處理第二個變數時同樣保持其尺寸不變，既為4位元組，在處理第三個也是最後乙個變數時，擴充套件其尺寸至對齊尺寸4位元組。因此最後得到的總結構大小為1+4+4=9位元組。
總而言之，ms的對齊策略僅對結構中最後乙個變數起作用。
如果關閉預設的ms對齊策略（通過為gcc新增-mno-ms-bitfields引數），轉而使用gcc的對齊策略，上述結構的尺寸將會是多少？
測試的結果是：12。為何？這是因為gcc將對齊策略應用在了結構體中的每個變數上，對於非4位元組的整數倍的char型別變數first[1]、third[2]，gcc都將其擴充套件為4個位元組，對於second，由於其型別大小為4位元組，所以gcc保持其大小不變。擴充套件完成後，結構體的大小為：4+4+4=12位元組。
3、強制設定對齊方式
位元組對齊有利於整塊讀取資料，提高資料吞吐量，但是這是在犧牲存空間的情況下得到的，而在實際應用中，比如網路環境下，為了減少資料傳輸量，我們並不希望使用位元組對齊方式，這時需要關閉位元組對齊。
在程式的移植過程中，比如將32bit系統下的程式移植到64bit系統下，原有的位元組對齊方式可能無法達到提高資料吞吐的目的，因此，我們需要更改位元組對齊方式。
如何關閉？如何更改？
gcc提供了幾種方式：
3.1、通過屬性方式改變：
__attribute__ ((__ms_struct__)) 指定使用ms對齊策略
__attribute__ ((__gcc_struct__)) 指定使用gcc對齊策略
__attribute__ ((__packed__)) 指定使用最少儲存空間對齊策略：合併所有位、對變數使用單位元組方式對齊。
3.2、通過識別符號宣告方式：
#pragma pack(n) 設定對齊方式為n位元組。
#pragma pack() 設定對齊方式為上一次對齊方式。
#pragma pack(push[, n]) 儲存當前對齊方式並設定對齊方式為n位元組。
#pragma pack(pop) 恢復最近一次儲存的對齊方式。
對於i386構架，gcc專門提供了如下3個宣告控制對齊方式：
#pragma ms_struct on 啟用ms對齊方式。
#pragma ms_struct off 關閉ms對齊方式。
#pragma ms_struct reset 重置當前對齊方式為預設對齊方式。
3.3 通過設定gcc編譯引數方式：
-fpack-struct[=n] 設定對齊方式為n位元組對齊，不帶」=n「時預設為4位元組對齊。
-mno-ms-bitfields 關閉ms對齊策略，使用gcc對齊策略。
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