C 記憶體對齊原則及作用

2021-10-01 11:34:48 字數 2707 閱讀 2923

內建型別資料成員：結構（struct/class）的內建型別資料成員，第乙個資料成員放在offset為0的地方，以後每個資料成員的起始位置要從自身大小的整數倍開始儲存

結構體作為成員: 如果乙個結構裡有某些結構體成員，則結構體成員要從其內部「最寬基本型別成員」的整數倍位址開始儲存（如struct a裡存有struct b，b裡有char, int, double等元素，那b應該從8的整數倍位置開始儲存)。

收尾工作: 結構體的總大小，也就是sizeof的結果必須要對齊到內部"最寬基本型別成員"的整數倍，不足的要補齊。(基本型別不包括struct/class/union)。

sizeof(union)以結構裡面size最大的元素為union的大小，因為在某一時刻，union只有乙個成員真正儲存於該位址。

no.1

class


data; 


cout <<


sizeof


(data)


<< endl;
no.2

class


data; 


cout <<


sizeof


(data)


<< endl;
顯然程式no.1 輸出的結果為 8，no.2 輸出的結果為 16 .

no.1最大的資料成員是4bytes，1+4=5，補齊為4的倍數，也就是8。而no.2為8bytes，1+8=9，補齊為8的倍數，也就是16。

no.3

class


data; 


cout <<


sizeof


(data)


<< endl;
no.4

class


data; 


cout <<


sizeof


(data)


<< endl;
no.3執行結果為 12，no.4執行結果為 8

class中的資料成員放入記憶體的時候，記憶體拿出乙個記憶體塊來，資料成員們排隊乙個乙個往裡放，遇到太大的成員時，不是將其劈成兩半能放多少就放多少，而是等下乙個記憶體塊過來。這樣的話，就可以理解為什麼no.3 no.4兩段**輸出結果不一樣了，因為no.3是

1 + (3) + 4 + 1 + (3) = 12，而no.4是1 + 1 + (2) + 4 = 8。括號中為補齊的bytes。

no.5

class


bigdata


;class


data; 


cout <<


sizeof


(bigdata)


<<


"   "


<<


sizeof


(data)


<< endl;
no.6

class


bigdata


;class


data; 


cout <<


sizeof


(bigdata)


<<


"   "


<<


sizeof


(data)


<< endl;
no.5和no.6執行結果均為： 33 48

在預設條件下，記憶體對齊是以class中最大的那個基本型別為基準的，如果class中有自定義型別，則遞迴的取其中最大的基本型別來參與比較。在no.5和no.6中記憶體塊乙個接乙個的過來接走資料成員，一直到第5塊的時候，bigdata裡只剩1個char了，將它放入記憶體塊中，記憶體塊還剩7個bytes，接下來是個int（4bytes），能夠放下，所以也進入第5個記憶體塊，這時候記憶體塊還剩3bytes，而接下來是個double（8bytes），放不下，所以要等下乙個記憶體快到來。因此，no.5的data的size = 33 + 4 + (3) + 8 = 48，同理no.6應該是

33 + (7) + 8 = 48。

順便提一下union： 共用體表示幾個變數共用乙個記憶體位置，在不同的時間儲存不同的資料型別和不同長度的變數。在union中，所有的共用體成員共用乙個空間，並且同一時間只能儲存其中乙個成員變數的值。

no.7

classa;


classb;


cout <<


sizeof


(a)<<


"  "


<<


sizeof


(b)<< endl;
以上**輸出的結果為: 48 56

對於class a，實際占用41位元組，但會發生8位元組對齊，所以大小為48位元組。對於class b，成員b的起始位置已發生8位元組對齊，而class b整體還會發生8位元組對齊，所以最終大小為56。

效能原因：經過記憶體對齊後，cpu的記憶體訪問速度大大提公升。

在程式設計師看來，記憶體是由乙個個的位元組組成。而cpu並不是這麼看待的，cpu把記憶體當成是一塊一塊的，塊的大小可以是2，4，8，16位元組大小，因此cpu在讀取記憶體時是一塊一塊進行讀取的。塊大小成為memory access granularity（粒度） 本人把它翻譯為「記憶體讀取粒度」 。

假設cpu要讀取乙個int型4位元組大小的資料到暫存器中，分兩種情況討論：

1、資料從0位元組開始

2、資料從1位元組開始

再次假設記憶體讀取粒度為4。

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