C语言字节对齐、结构体对齐最详细的解释

C语言字节对齐、结构体对齐最详细的解释文章最后本人做了一幅图 一看就明白了 这个问题网上讲的不少 但是都没有把问题说透 一 概念 对齐跟数据在内存中的位置有关 如果一个变量的内存地址正好位于它长度的整数倍 他就被称做自然对齐 比如在 32 位 cpu 下 假设一个整型变量的地址为 0x00000004 那它就是自然对齐的 二 为什么要字节对齐 需要字节对齐的根本原因在于 CPU 访问数

文章最后本人做了一幅图,一看就明白了,这个问题网上讲的不少,但是都没有把问题说透。

 

一、快速理解

1. 什么是字节对齐?

在C语言中,结构是一种复合数据类型,其构成元素既可以是基本数据类型(如int、long、float等)的变量,也可以是一些复合数据类型(如数组、结构、联合等)的数据单元。在结构中,编译器为结构的每个成员按其自然边界(alignment)分配空间。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。

为了使CPU能够对变量进行快速的访问,变量的起始地址应该具有某些特性,即所谓的”对齐”. 比如4字节的int型,其起始地址应该位于4字节的边界上,即起始地址能够被4整除.

2. 字节对齐有什么作用?

字节对齐的作用不仅是便于cpu快速访问,同时合理的利用字节对齐可以有效地节省存储空间。

对于32位机来说,4字节对齐能够使cpu访问速度提高,比如说一个long类型的变量,如果跨越了4字节边界存储,那么cpu要读取两次,这样效率就低了。但是在32位机中使用1字节或者2字节对齐,反而会使变量访问速度降低。所以这要考虑处理器类型,另外还得考虑编译器的类型。在vc中默认是4字节对齐的,GNU gcc 也是默认4字节对齐。

3. 更改C编译器的缺省字节对齐方式

4. 举例说明

例1

由于编译器默认情况下会对这个struct作自然边界(有人说“自然对界”我觉得边界更顺口)对齐,结构的第一个成员x1,其偏移地址为0,占据了第1个字节。第二个成员x2为short类型,其起始地址必须2字节对界,因此,编译器在x2和x1之间填充了一个空字节。结构的第三个成员x3和第四个成员x4恰好落在其自然边界地址上,在它们前面不需要额外的填充字节。在test结构中,成员x3要求4字节对界,是该结构所有成员中要求的最大边界单元,因而test结构的自然对界条件为4字节,编译器在成员x4后面填充了3个空字节。整个结构所占据空间为12字节。

例2

这时候sizeof(struct test)的值为8。

例3

这时候sizeof(struct test)的值仍为8。

二、深入理解

三.编译器是按照什么样的原则进行对齐的?

先让我们看四个重要的基本概念:

四.如何修改编译器的默认对齐值?

reserved成员对我们的程序没有什么意义,它只是起到填补空间以达到字节对齐的目的,当然即使不加这个成员通常编译器也会给我们自动填补对齐,我们自己加上它只是起到显式的提醒作用.

六.字节对齐可能带来的隐患:

七.如何查找与字节对齐方面的问题:

举例:

 

#include 
  
    using namespace std; //windows 64 位默认 结构体对齐系数为8,32位 结构体对齐系数为4 //测试系统对齐系数 // #pragma pack(8) my_struct_1 为16字节 // #pragma pack(4) my_struct_1 为12字节 // 不加#pragma pack(8) my_struct_1 为16字节 //顾系统默认对齐系数为8 struct my_struct_1 { char a; //1 double b; //之前补7 +8 8/8==1 }; #pragma pack(4) struct my_struct_2 { char a; //1 double b; //3+8 int c; //4 16/4=4 }; #pragma pack() #pragma pack(2) struct my_struct_3 { char a; //1 double b; //1+8 int c; //4 14/2 }; #pragma pack() #pragma pack(4) struct my_struct_4 { char a[5]; //5 double b; //3+8 16/4 }; #pragma pack() #pragma pack(2) struct my_struct_5 { char a[5]; //5 double b; //1+8 14/2 }; #pragma pack() #pragma pack(4) struct my_struct_6 { char a; //1 char b[3]; //3 char c; //1 1+3+1 }; #pragma pack() #pragma pack(4) struct my_struct_7 { char a; //1 char b[3]; //3 char c; //1 int d; //补齐 3 +4 }; #pragma pack() #pragma pack(4) struct test { char x1; //1 short x2; //补齐1+ 2 float x3; //4 char x4; //1 补齐+3 }; #pragma pack() int main() { cout<<"char:"< 
    
  

 

 

 

 

 

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