内存之对齐，一文即可知

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内存对齐

1.概述

1. 定义（什么是内存对齐）
   • 编译器为程序中的每个数据单元安排在适当的位置上，从而减少CPU访存次数，提高数据读取效率的一种方式。
2. 原因（为什么要内存对齐）：
   • 平台移植：不是所有的硬件平台都能访问任意地址上的任意数据的，某些硬件平台只能在某些地址处取某些特定类型的数据，否则抛出硬件异常。
   • 性能原因：为了访问未对齐的内存数据，处理器需要作两次内存访问；而对齐的内存访问仅需要一次访问。
3. 缺点：内存对齐没有充分利用存储空间，但是以空间换时间对于常见业务场景会更高效
4. 内存对齐示例

#include<stdio.h>

struct{
	char y;// 一个字节
    int x;// 四个字节
}Test;

int main()
{
    printf("%d\n",sizeof(Test)); // 输出8不是5
    return 0;
}

2.如何进行内存对齐

1. 默认对齐系数：在每个特定平台的编译器可能不同，gcc中默认#pragma pack(4)
   • 使用伪指令#pragma pack (n)，C编译器将按照n个字节对齐。
   • 使用伪指令#pragma pack ()，取消自定义字节对齐方式。
   • __attribute((aligned (n)))，让所作用的结构成员对齐在n字节自然边界上。如果结构中有成员的长度大于n，则按照最大成员的长度来对齐。
   • attribute((packed))，取消结构在编译过程中的优化对齐，按照实际占用字节数进行对齐。
2. 基本类型的对齐值就是其sizeof值。常见数据类型：

数据类型	char	short	int	float	long	double	longlong
大小	1Byte	2Byte	4Byte	4Byte	4Byte	8Byte	8Byte

2. 类、结构体和union的数据成员：第一个数据成员放在offset为0的地方，之后每个数据成员的对齐按照#pragma pack指定值和该数据成员sizeof值中较小的值进行对齐。
3. 类、结构体和union的整体对齐：整体最终字节数需要按照#pragma pack指定值和sizeof数据成员中的最大值中较小的值的最小倍数值进行对齐

#include<stdio.h>
struct
{
    int i;	// 占前4个字节
    char c1;// 两个char依次占后4个字节，实际只占两个字节
    char c2;
}Test1;

struct{
    char c1;// 对齐后占前4个字节，实际只占第一个字节
    int i;	// 占后4个字节
    char c2;// 与第一个char类似，独自占4个字节
}Test2;

struct{
    char c1;// 两个char依次占前4个字节，实际只占两个字节
    char c2;
    int i;	// 占后4个字节
}Test3;

int main()
{
    printf("%d\n",sizeof(Test1));  // 输出8
    printf("%d\n",sizeof(Test2));  // 输出12
    printf("%d\n",sizeof(Test3));  // 输出8
    return 0;
}

3.位域对齐

1. 定义：把一个字节中的“位”按照实际的需求分成不同的区域，表明每个区域位数、区域的域名，并允许程序按照域名进行操作
2. 结构

struct 位域的结构体名
{
   //位域列表
   【类型说明符】 【位域名】：【位域的长度】;
}

3. 规则
   • 位域不允许跨两个字节，因此位域的长度不能大于一个字节的长度，也就是不能超过8位二进位。
   • 位域可以无位域名，此时只用于填充或调整位置，但无法使用。
   • 各个成员按照它们被声明的顺序在内存中顺序存储，第一个成员的地址和整个结构的地址相同，向结构体成员中sizeof的最大的成员对齐。
     
     

大端存储与小端存储

1.基本概念

1. 定义
   • 大端存储和小端存储是两种计算机的存储模式
2. 分离
   • 小端存储：数据的高字节存储在高地址中，数据的低字节存储在低地址中
   • 大端存储：数据的高字节存储在低地址中，数据的低字节存储在高地址中

// 大端存储
	int a = 1;   
	// int在内存中占 4Byte; 
	// a在内存中的分布为 0x1 0x0 0x0 0x0; 
	// 从左到右内存地址降低，也就是高字节地址存放的是a的低字节数据
// 小端存储
	int a = 1;   
	// int在内存中占 4Byte; 
	// a在内存中的分布为 0x0 0x0 0x0 0x1; 
	// 从左到右内存地址降低，也就是低字节地址存放的是a的低字节数据

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参考博客

1. 内存对齐的规则以及作用
2. 采用内存对齐的方式存储数据的意义
3. 一文轻松理解内存对齐
4. C++ 位域
5. C++ 位域
6. C++ 位域
7. C++ 位域
8. C++ 位域