C++之内存对齐

news2025/3/11 0:06:39

内存对齐

一、内存对齐解释

二、为什么要内存对齐？

三、内存对齐的三大规则

3.1、数据成员对齐规则

3.2、结构(或联合)的整体对齐规则

3.3、结构体作为成员

3.4、代码例子

内存对齐

一、内存对齐解释

对齐规则是按照成员的声明顺序，依次安排内存，其偏移量为成员大小的整数倍，0看做任何成员的整数倍，最后结构体的大小为最大成员的整数倍

二、为什么要内存对齐？

1.平台原因(移植原因)：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。
2.性能原因：数据结构(尤其是栈)应该尽可能地在自然边界上对齐。原因在于，为了访问未对齐的内存，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,这是一种典型的空间换时间的思想.
解释二
原因有这么几点：
1、CPU 对内存的读取不是连续的，而是分成块读取的，块的大小只能是1、2、4、8、16 ... 字节；
2、当读取操作的数据未对齐，则需要两次总线周期来访问内存，因此性能会大打折扣；
3、某些硬件平台只能从规定的相对地址处读取特定类型的数据，否则会产生异常。

三、内存对齐的三大规则

3.1、数据成员对齐规则

结构(struct)(或联合(union))的数据成员，第一个数据成员放在offset(偏移)为0的地方，以后每个数据成员的对齐按照 #pragma pack 指定的数值和这个数据成员自身长度中，比较小的那个进行.

3.2、结构(或联合)的整体对齐规则

在数据成员完成各自对齐之后，结构(或联合)本身也要进行对齐，对齐将按照 #pragma pack 指定的数值和结构(或联合)最大数据成员长度中，比较小的那个进行。

3.3、结构体作为成员

如果一个结构里有某些结构体成员，则内部结构体成员要从成员最大元素大小的整数倍和 #pragmapack指定的数值中最小的一个的整数倍的地址开始存储。
#pragma pack(n) 对齐系数

3.4、代码例子

#include <iostream>
//#pragma pack(8)
using std::cout;
using std::endl;
struct xx
{
	int a1;
	char b1;
	short c1;
	char d1;
} MyStructxx;
struct x
{
	char a;
	int b;
	short c;
	char d;
}MyStruct1;//12
struct y
{
	int b;
	char a;
	char d;
	short c;
}MyStruct2;
struct EE
{
	int a;
	char b;
	short c;

	struct FF
	{
		int a1;
		char b1;
		short c1;
		char d1;
	}MyStructFF;

	char d;
}MyStructEE;
struct DD
{
	int a;
	char b;
	short c;
	int d;
	struct FF
	{
		double a1;
		char b1;
		short c1;
		char d1;
	}MyStructFF;
	char e;
}MyStructDD;//40
struct GG
{
	char e[2];
	short h;
	struct A
	{
		int a; double b;
		float c;
	}MyStructA;
}MyStructGG;//32
struct SS
{
	int a;
	char b;
	short c;
	int d;

	struct FF
	{
		int a1;
		char b1;
		short c1;
		char d1;//24[20]//21-23空出来,到这里21字节，不是struct里面最大的4的整数倍
	}MyStructFF;
#if 1
	char e;//[24],要4的整数倍,所以25-27为空
	//int e;
	//double ww;
#endif
}MyStructSS;//28
int main(int argc, char **argv)
{
	cout << "sizeof(MyStructxx) = " << sizeof(MyStructxx) << endl;
	cout << "sizeof(MyStruct1) = " << sizeof(MyStruct1) << endl;
	cout << "sizeof(MyStruct2) = " << sizeof(MyStruct2) << endl;
	cout << "sizeof(MyStructEE) = " << sizeof(MyStructEE) << endl;
	cout << "sizeof(MyStructDD) = " << sizeof(MyStructDD) << endl;
	//cout <<"sizeof(GG) = " << sizeof(GG) << endl;
	cout << "sizeof(MyStructGG) = " << sizeof(MyStructGG) << endl;
	cout << "sizeof(MyStructSS) = " << sizeof(MyStructSS) << endl;

	return 0;
}

下面是所有结构体内存结构的示意图: