記憶體對齊演算法

//(32bit,x86環境,vs2010)

struct test

char m1;

unsigned int m2;

char m3;

double m4;

char m5;

對其執行sizeof(test)，得到值為32，並且我們對裡面每個變數取sizeof，確實是所屬型別的大小，但為什麼不是1+4+1+8+1=15呢，我們執行下面**來計算每個變數之間的位址偏移量：

test t;

cout << sizeof(t) << endl;

cout << (unsigned int)(void*)&t.m2 - (unsigned int)(void*)&t.m1 << endl;

cout << (unsigned int)(void*)&t.m3 - (unsigned int)(void*)&t.m2 << endl;

cout << (unsigned int)(void*)&t.m4 - (unsigned int)(void*)&t.m3 << endl;

cout << (unsigned int)(void*)&t.m5 - (unsigned int)(void*)&t.m4 << endl;

輸出結果如下

這是因為結構體內存分配有自己的對齊規則，結構體內存對齊預設的規則如下：

1、分配記憶體的順序是按照宣告的順序。

2、每個變數相對於起始位置的偏移量必須是該變數型別大小的整數倍，不是整數倍空出記憶體，直到偏移量是整數倍為止。

3、最後整個結構體的大小必須是裡面變數型別最大值的整數倍。

分析上面test結構體

1、分配m1，此時偏移量是0，整數倍，分配1個位元組

2、分配m2，此時偏移量為1，int型大小為4，不是整數倍，因此先跳過3個位元組，此時偏移量為4，達到整數倍，分配m2的四個位元組，因此這個步驟分配了7個位元組

3、分配m3,此時的偏移量為8，m3只需要1個位元組，整數倍，分配1個位元組

4、分配m4，此時偏移量為9，double型是8個位元組，不是整數倍，下乙個整數倍是16，因此先跳過7個位元組，再分配m4，該步驟共分配了15個位元組。

5、分配m5，此時的偏移量為24，是整數倍，分配1個位元組

6、此時一共分配了25個位元組，但總大小要是最大型別大小的整數倍，double為最大型別，是8，最近的是32，因此該步驟要再分配7個位元組。

當然上面只是編譯器預設的分配規則，我們可以通過下面幾個方法改變結構體的大小

1、改變結構體中變數的宣告順序，按照型別大小從小到大的順序宣告，占用的空間就會比較小。

2、我們可以使用#pragma修改這個規則, #pragma是c++的乙個預處理指令，它有很多作用，其中乙個作用就是修改分配規則。在上面**的結構體定義前面新增：

#pragma pack(1)

執行結果如下

改為#pragma pack(2)時如下

新增了#pragma pack(n)後規則就變成了下面這樣：

1、偏移量要是n和當前變數大小中較小值的整數倍

2、整體大小要是n和最大變數大小中較小值的整數倍

3、 n值必須為1,2,4,8…，為其他值時就按照預設的分配規則

注意：其實最開始的例子也是按照這樣的規則，只是它使用的是系統預設的n值，預設為8，vs中的路徑為project]|[settings],c/c++選項卡category的code generation選項的struct member alignment。

#pragma pack的常用用法如下

1、#pragma pack(push, n) //將當前對齊值值設為n,並將之前的對齊值壓棧儲存

2、#pragma pack(n)//將當前對齊值設為n，不儲存之前值

3、#pragma pack()//將當前對齊值恢復到預設8

4、#pragma pack(pop)//如果棧有值，就以棧頂值出棧並設為為當前值，棧裡沒有值否則就不變

5、#pragma pack(pop, n)// 如果棧有值，就以棧頂值出棧，將當前對齊值設為n

除了結構體，聯合和類也是這樣的。

為什麼要對齊呢，現代計算機中記憶體空間都是按照byte劃分的，從理論上講似乎對任何型別的變數的訪問可以從任何位址開始，但實際情況是在訪問特定變數的時候經常在特定的記憶體位址訪問，這就需要各型別資料按照一定的規則在空間上排列，而不是順序的乙個接乙個的排放，這就是對齊。對齊的作用和原因：各個硬體平台對儲存空間的處理上有很大的不同。一些平台對某些特定型別的資料只能從某些特定位址開始訪問。其他平台可能沒有這種情況，但是最常見的是如果不按照適合其平台要求對資料存放進行對齊，會在訪問效率上帶來損失。比如有些平台每次讀都是從偶位址開始，如果乙個int型（假設為32位系統）如果存放在偶位址開始的地方，那麼乙個讀週期就可以讀出，而如果存放在奇位址開始的地方，就可能會需要2個讀週期，並對兩次讀出的結果的高低位元組進行拼湊才能得到該int資料。顯然在讀取效率上下降很多。這也是空間和時間的博弈。一般我們寫程式的時候，不需要考慮對齊問題。編譯器會替我們選擇適合目標平台的對齊策略。

**中關於對齊的隱患，很多是隱式的。比如在強制型別轉換的時候。例如：

unsigned int i = 0xffffffff;

cout << hex << i << endl;

char *p = null;

unsigned short *p1=null;

//p= reinterpret_cast(&i);

p= (char *)(&i);

*p=0x00;

cout << hex << i << endl;

p1=(unsigned short *)(p+1);

*p1=0x0000;

cout << hex << i << endl;

輸出結果如下

ffffffff

ffffff00

ff000000

最後兩句**，從奇數邊界去訪問unsignedshort型變數，顯然不符合對齊的規定。

標籤: c++

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