記憶體位元組對齊

在c語言面試和考試中經常會遇到記憶體位元組對齊的問題。今天就來對位元組對齊的知識進行小結一下。

首先說說為什麼要對齊。為了提高效率，計算機從記憶體中取資料是按照乙個固定長度的。以32位機為例，它每次取32個位，也就是4個位元組（每位元組8個位，計算機基礎知識，別說不知道）。位元組對齊有什麼好處？以int型資料為例，如果它在記憶體中存放的位置按4位元組對齊，也就是說1個int的資料全部落在計算機一次取數的區間內，那麼只需要取一次就可以了。如圖a-1。如果不對齊，很不巧，這個int資料剛好跨越了取數的邊界，這樣就需要取兩次才能把這個int的資料全部取到，這樣效率也就降低了。

圖：a-1

記憶體對齊是會浪費一些空間的。但是這種空間上得浪費卻可以減少取數的時間。這是典型的一種以空間換時間的做法。空間與時間孰優孰略這個每個人都有自己的看法，但是c語言既然採取了這種以空間換時間的策略，就必然有它的道理。況且，在儲存器越來越便宜的今天，這一點點的空間上的浪費就不算什麼了。

需要說明的是，位元組對齊不同的編譯器可能會採用不同的優化策略，以下以gcc為例講解結構體的對齊.

一、原則：

1.結構體內成員按自身按自身長度自對齊。

自身長度，如char=1，short=2，int=4，double=8,。所謂自對齊，指的是該成員的起始位置的記憶體位址必須是它自身長度的整數倍。如int只能以0,4,8這類的位址開始

2.結構體的總大小為結構體的有效對齊值的整數倍

結構體的有效對齊值的確定：

1）當未明確指定時，以結構體中最長的成員的長度為其有效值

2）當用#pragma pack(n)指定時，以n和結構體中最長的成員的長度中較小者為其值。

3）當用attribute((packed))指定長度時，強制按照此值為結構體的有效對齊值

二、例子

1。

struct aaaa

結果，sizeof（aa）=12

何解？首先假設結構體內存起始位址為0，那麼位址的分布如下

0 a1

4 b5 b

6 b7 b

8 cchar的字對齊長度為1，所以可以在任何位址開始，但是，int自對齊長度為4，必須以4的倍數字址開始。所以，儘管1-3空著，但b也只能從4開始。再加上c後，整個結構體的總長度為9，結構體的有效對齊值為其中最大的成員即int的長度4，所以，結構體的大小向上擴充套件到12，即9-11的位址空著。

struct aaaa

sizeof（aa）=8，為什麼呢

0 a

1 c

2 3

4 b

5 b

6 b

7 b

因為c為char型別，字對齊長度為1，所以可以有效的利用1-3間的空格。看見了吧，變數定義的位置的不同時有可能影響結構體的大小的哦！

#pragma pack(2)
struct aaaa

sizeof（aa）=10,

為什麼呢？a到c只佔9位元組長度，因為結構體的有效對齊長度在pack指定的2和int的4中取

較小的值2。故取2的倍數10。

如果當pack指定為8呢?那就仍然按4來對齊，結果仍然是12。

struct aa__attribute__((__8__))aa

sizeof(aa)=16

為咩？其實a到c仍然只佔9位元組長度，但結構體以8對齊，故取8的倍數16.

如果其指定2，則結果為10

如果pragma pack和attribute

同時指定呢？以attribute的為準。

需要說明的是，不管pragma

pack和attribute如何指定，結構體內部成員的自對齊仍然按照其自身的對齊值。

另外，不同的編譯器可能會對記憶體的分布進行優化，

例如有些編譯器會把立體1中的程式優化成例題2的樣子。但這屬於編譯器的問題，

這裡不做詳細討論。如果要作為程式設計的參考的話，最好當做編譯器不會做優化，

盡量在保持**清晰的情況下，自己手動將例題1優化成例題2的樣子。

如果是做題的話，按照以上原則做就可以了，不用考慮不同編譯器的特性。

記憶體位元組對齊

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