C语言

内存对齐现象

C语言中结构体的大小往往不是结构体中各种数据类型的加和，因为存在内存对齐;

struct S
{
    double d;//8字节
    char c;//1字节
    int i;//4字节
};
int main() {
    
    cout << sizeof(S) << endl;//输出S结构体的大小
    return 0;
}

运行结果:

S结构体大小是16字节，显然不是结构体内部各类型加和的8+1+4=13字节;

内存对齐规则

1. 结构体的第一个成员在与结构体变量偏移量为0的地址处。
2. 其他成员变量的偏移量要对齐到对齐数的整数倍的地址处。

对齐数: min(编译器默认的一个对齐数, 该成员类型大小 );

VS中默认的值为8 Linux中的默认值为4，这个默认对齐数可以用#pragma pack(num)预处理指令进行修改

3. 结构体总大小为最大对齐数（每个成员变量确定选出的较小对齐数中最大的那个对齐数字）的整数倍

   注意，最大对齐数不一定包含VS平台那个默认8字节对齐数,假设每个成员大小都小于8，那么最大对齐数就是那些成员中最大的类型值

下面分析S结构体为何大小为16字节:

为什么存在内存对齐

性能原因:

CPU的优化规则：

与CPU命中率有关，大致原则是这样的：对于n字节的元素（n=2,4,8,…），它的首地址能被n整除，才能获得最好的性能。

访问未对齐的内存，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。

所以内存对齐本质上是一种空间换时间的优化;(现代内存空间大大的多,更偏向注重时间效率了)

小tips: 根据内存对齐的特征,设计结构体时,同样个数与类型的变量，让较小的成员聚集在一起可以节省空间！

如果struct or class中存在成员函数时的大小

struct S //class S
{
    char c;//1字节
    int i;//4字节
    double d;//8字节
    void fun() { cout << 1 << endl; }
    void fun2() { cout << 1 << endl; }
    void fun3() { cout << 1 << endl; }
};
int main() {

    cout << sizeof(S) << endl;
    return 0;
}

运行结果:

可以看到大小还是16字节，这是因为不管有多少成员函数，每个函数的地址都是只有一份且存放在内存中的.text只读代码段的,这是一种省空间的做法;

试想，如果函数的地址和普通变量一样开空间放在每个实例化的对象中，那么同一个结构体或者类实例化n个对象，难道要多出n个指向相同函数的函数指针来调用吗，显然这样是浪费空间的，各个实例化的对象因为是同一种类型，调用的都是同一个函数，一份就够了;

​

C++中引入了class类的概念，类同样与struct结构体一样遵守内存对齐规则，但是因为类可能具有虚函数表指针，这个需要拉出来单独分析;

空类大小为1

1. 空类同样可以被实例化,为了区分空类实例化出来的不同对象, 那么就要保证每个实例能放入内存中的唯一地址;

2. 如果这个类的大小为0的话无法放入内存！所以C++会强制给空类一个缺省成员，大小为1字节（跟个char一样）;

如果有该空类有了自定义的成员变量，那么成员变量将取代顶替掉这个缺省成员

C++

class存在虚函数时的大小

原因:

C++中的虚函数是为了通过继承实现多态的一种设计;

如果一个类中存在虚函数，那么这个类的成员隐式的多了一个指针，这个指针叫虚表指针,它指向了一张虚表(数组)的首地址,因此大小是4or8字节(取决于32位还是64位);这个虚表里面存的是各个对应的虚函数的地址(多态的底层原理,这里不深究);

每个实例化对象存一份虚表指针的意义是，多态通过基类的指针或者引用调用不同的派生类方法时候，是通过通过这个虚表指针达到的多态的效果

通过观察可以发现，无所增加多少虚函数，该类的类型大小都不会变，只是多了一个虚表指针，因为增加的虚函数也是存放在.text代码只读段，地址可以通过虚表指针找到，不用在每个实例对象中都存一份！