与CPU相关的字节对齐问题
C语言字节对齐
C语言字节对齐字节对齐的由来程序在运行时会将数据临时存放在内存中,芯片内核需要对这些数据进行计算,不断的读取内存以获得数据,并将计算结果写入内存。
计算机体系经过若干年的发展,最终确定了以8bits作为其基本的存储单元——byte(字节),这是每个地址所对应的最小访问单元,在C语言中对应一个char型的变量。
下图为芯片内核访问内存的示意图。
芯片内核通过控制总线控制内存的动作,通过地址总线告知内存地址,数据总线上出现交互的数据。
图1访问内存示意图假设上图是8位机的示意图,那么数据总线的宽度是8bits,由8根数据线组成,这样芯片内核与内存之间一次就可以同时交换8个bits的数据,正好是一个字节。
图中右侧的每个小格子代表一个存储地址,对应一个字节。
下面通过一段C语言代码来具体看看芯片内核与内存之间的数据交互过程。
char data[2];data[0]=2;data[1]=data[0]+1;第一行代码定义了2个字节的数组data。
假设data数组被编译到地址0x100,那么data[0]这个字节就被存储在地址为0x100的内存空间,data[1]这个字节就被存储在地址为0x101的内存空间。
第二行对应的硬件动作是将数据2存入到data[0]中,也就是将数据2存入到内存中的0x100地址,执行这条语句时,芯片内核对控制总线、地址总线和数据总线进行操作,控制总线上出现写信号,地址总线上出现数据0x100,数据总线上出现数据0x02。
此时内存就知道需要将数据2写入到地址0x100中,完成一次写操作。
第三行先读出data[0]中的数据,芯片内核将控制总线置为读信号,将地址总线置为0x100,此时,内存就会从其内部取出0x100地址中的数据,也就是数据2,2将出现在数据总线上,此时芯片内核就会通过数据总线读取到data[0]中的数据了。
接下来芯片内核计算2+1=3,需要将数字3写入到data[1]中,芯片内核将控制总线置为写信号,将地址总线置为0x101,将数据总线置为3,内存接收到这些信号后,就会将数据3存入到其内部0x101地址中,完成本次操作。
c++中关于结构体长度的计算问题
[C++]字节对齐与结构体大小[C++] 2010-09-24 21:40:26 阅读172 评论0 字号:大中小订阅说明:结构体的sizeof值,并不是简单的将其中各元素所占字节相加,而是要考虑到存储空间的字节对齐问题。
这些问题在平时编程的时候也确实不怎么用到,但在一些笔试面试题目中出是常常出现,对sizeof我们将在另一篇文章中总结,这篇文章我们只总结结构体的sizeof,报着不到黄河心不死的决心,终于完成了总结,也算是小有收获,拿出来于大家分享,如果有什么错误或者没有理解透的地方还望能得到提点,也不至于误导他人。
一、解释现代计算机中内存空间都是按照byte划分的,从理论上讲似乎对任何类型的变量的访问可以从任何地址开始,但实际情况是在访问特定类型变量的时候经常在特定的内存地址访问,这就需要各种类型数据按照一定的规则在空间上排列,而不是顺序的一个接一个的排放,这就是对齐。
各个硬件平台对存储空间的处理上有很大的不同。
一些平台对某些特定类型的数据只能从某些特定地址开始存取。
比如有些架构的CPU在访问一个没有进行对齐的变量的时候会发生错误,那么在这种架构下编程必须保证字节对齐.其他平台可能没有这种情况,但是最常见的是如果不按照适合其平台要求对数据存放进行对齐,会在存取效率上带来损失。
比如有些平台每次读都是从偶地址开始,如果一个int 型(假设为32位系统)如果存放在偶地址开始的地方,那么一个读周期就可以读出这32bit,而如果存放在奇地址开始的地方,就需要2个读周期,并对两次读出的结果的高低字节进行拼凑才能得到该32bit数据。
二、准则其实字节对齐的细节和具体编译器实现相关,但一般而言,满足三个准则:1. 结构体变量的首地址能够被其最宽基本类型成员的大小所整除;2. 结构体每个成员相对于结构体首地址的偏移量都是成员大小的整数倍,如有需要编译器会在成员之间加上填充字节;3. 结构体的总大小为结构体最宽基本类型成员大小的整数倍,如有需要编译器会在最末一个成员之后加上填充字节。
arm字节对齐
arm中的字节对齐问题(2011-04-02 11:03:56)转载标签:杂谈昨天调程序,发现一个不得解的问题,传过来的地址明明是正确的,可是一读却是一条非法指令。
不写操作。
很长时间不能解决,师兄过来看了一下,才现是字节对齐的问题。
唉,终于碰到对齐问题了,那就好好解决一下吧。
先说下我遇到的问题typedef sturct{char a;char b;char c[255];} FS;FS fs;....disk_read(...,fs->c,...)....void disk_read(...,int* p,...){....*p++=0x01010101; //error:....}到了这一步,也就可以看一下问题发生的原因了,在结构体中,对将c做到字节对齐,这样和disk_read中的P的四字节对齐是不同的,这样写的时候由于不是四字节对齐,就会出错下面转两篇字节对齐的文章。
戒之戒之=====================================================有了上面的基础后,在一些数据结构中就要消除这些字节带来的影响,特别是在文件访问的过程中,在各个平台上都会遇到。
文件为了保持最小,利用空间的原则,会按照字节来存储的,但是我们在内存中定义的结构会按最优原则使效率最大,这样会保持边界对齐。
那么如何消除影响呢,先看在 vc中如保操作#pragma pack(push, 1) == #paragma pack(push) #paragma pack(1) struct T{int a;char b;}#paragma pack(pop)再来看看ads 在arm平台是如何操作的__packedstruct T{int a;char b;}最后来看看gcc下面的操作__attribute__((__packed__))struct T{int a;char b;}最后,让我们来看看怎么定义一个结构才是移植性够好的结构PACK_STRUCT_BEGINstruct ip_hdr {PACK_STRUCT_FIELD(u16_t _id);PACK_STRUCT_FIELD(struct ip_addr src);} PACK_STRUCT_STRUCT;PACK_STRUCT_END通过引个宏来改变这些相应的结构#ifdef __GNU_C__#define PACK_STRUCT_FIELD(x) x#define PACK_STRUCT_STRUCT __attribute__((__packed__))#define PACK_STRUCT_BEGIN#define PACK_STRUCT_END#elif__ADS__#define PACK_STRUCT_FIELD(x) __packed x#define PACK_STRUCT_STRUCT#define PACK_STRUCT_BEGIN __packed#define PACK_STRUCT_END#elif __VC__#define PACK_STRUCT_FIELD(x) x#define PACK_STRUCT_STRUCT#define PACK_STRUCT_BEGIN #pargma pack (push, 1) (问题代码) #define PACK_STRUCT_END #pargma pack (pop) (问题代码)#else#define PACK_STRUCT_FIELD(x)#define PACK_STRUCT_STRUCT#define PACK_STRUCT_BEGIN#define PACK_STRUCT_END#endif好啦,到此为止一切都结束了,这就是相关的字节对齐的一些操作,原来我只以为只有最后这一种情况才是呢,最上面的那种情况是后来调试才遇到的,至于以后,可能还会有,再做补充了ps:上面有两行问题代码,自己用的时候才发现,宏定义中出现"#",几乎不可能,所以放弃这样的想法宏定义中的#可以把一个数字变成字串 ##则代表字符串连接。
结构体字节对齐的方法
结构体字节对齐的方法全文共四篇示例,供读者参考第一篇示例:结构体字节对齐是编程中一个非常重要的概念,尤其在涉及到内存对齐的底层编程中更是不可或缺。
在结构体的定义中,每个元素都需要在内存中占用一定的空间,而结构体整体的大小受到字节对齐规则的限制。
本文将介绍结构体字节对齐的方法及其原理,希望能帮助读者更好地理解和掌握这一概念。
一、什么是字节对齐字节对齐是指在结构体中每个元素按照特定的规则分配内存空间,以便提高内存读取的效率。
在计算机系统中,一般要求数据在内存中的存储地址是某个特定值的倍数,这个特定值就是对齐系数。
常用的对齐系数有1、2、4、8等,根据不同的系统和编译器,对齐系数可能会有所不同。
二、结构体字节对齐的原理在C语言中,结构体的内存对齐是通过编译器来进行处理的。
当定义一个结构体时,编译器会按照一定的规则对结构体中的元素进行字节对齐,以便提高读取效率。
具体的对齐规则如下:1. 结构体中每个元素的偏移量必须是它自身类型大小的整数倍。
2. 结构体的大小必须是最大元素类型大小的整数倍。
3. 结构体的对齐系数为结构体中所有元素类型大小的最大值。
通过这些规则,编译器可以在编译时确定结构体的大小,并根据对齐系数进行内存对齐,从而提高内存访问的效率。
1. 使用#pragma pack指令在C语言中,可以使用#pragma pack指令来改变编译器默认的对齐系数。
通过指定pack(n)来设置n值,表示结构体的对齐系数为n。
这样可以在需要的时候自定义结构体的对齐系数,提高程序的效率。
```c#pragma pack(1)struct Student {char name[10];int age;float score;};```上面的代码中,通过#pragma pack(1)改变了结构体的对齐系数为1,从而可以确保结构体中的每个元素都按照一个字节进行对齐。
2. 使用__attribute__((packed))关键字在GCC编译器中,可以使用__attribute__((packed))关键字来实现对齐系数的设置。
c++字节对齐规则
c++字节对齐规则C++字节对齐规则是指在内存中创建数据结构时,变量的地址必须是某个特定值的倍数。
这个特定值称为对齐系数,通常是1、2、4、8等。
遵循字节对齐规则可以提高程序的性能和效率。
本文将介绍C++字节对齐规则的基本原理、对齐方式以及对齐的应用场景。
在C++中,字节对齐是为了优化内存访问的效率。
当变量被创建在内存中时,根据对齐系数,编译器会将变量的地址对齐到某个特定的地址。
这样一来,CPU在访问这些内存地址时可以更快地读取数据,提高了程序的运行效率。
C++中的对齐方式有两种,分别是数据成员对齐和结构体对齐。
在数据成员对齐中,每个数据成员的地址都必须是它自身长度和对齐系数中较大值的倍数。
结构体对齐则是指结构体的起始地址必须是结构体成员中最大对齐系数的倍数。
对齐方式的选择可以通过编译器的设置来进行调整。
一般来说,编译器会提供默认的对齐方式,但也可以通过一些特殊的指令或者预处理宏来设置自定义的对齐方式。
对于大多数应用场景来说,采用默认的对齐方式就可以满足需求。
字节对齐规则在实际开发中有很多应用场景。
首先,结构体对齐可以提高结构体对象数组的访问速度。
当一个结构体对象数组被创建在内存中时,根据结构体成员中最大的对齐系数,编译器会将每个结构体对象的起始地址对齐到这个系数的倍数上。
这样一来,在访问结构体数组时,CPU可以更快地进行内存读取,提高了程序的性能。
其次,字节对齐规则在跨平台开发中也非常重要。
由于不同平台上的CPU和操作系统对字节对齐的要求可能不同,因此在进行跨平台开发时,需要确保代码在不同平台上运行时,字节对齐的规则是一致的。
这可以通过使用特定的编译指令或者预处理宏来实现。
此外,字节对齐规则在处理网络协议、文件格式等底层数据结构时也非常常见。
在这些场景中,确保数据在内存中的排列方式与协议或者文件格式的要求一致非常重要。
如果不遵循字节对齐规则,可能会导致数据解析错误或者性能下降。
总结起来,C++字节对齐规则是为了提高程序性能和效率而设计的。
C语言字节对齐__align()讲解
在设计不同 CPU 下的通信协议时,或者编写硬件驱动程序时寄存器的结构这两个地 方都需要按一字节对齐。即使看起来本来就自然对齐的也要使其对齐,以免不同的编译器生 成的代码不一样.
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 在缺省情况下,C 编译器为每一个变量或是数据单元按其自然对界条件分配空间。一般地, 可以通过下面的方法来改变缺省的对界条件: · 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。 另外,还有如下的一种方式: · __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。 4. 举例说明 例1 struct test { char x1; short x2; float x3; char x4; }; 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 #pragma pack(1) //让编译器对这个结构作1字节对齐
字节对齐(强制对齐以及自然对齐)
字节对齐(强制对齐以及⾃然对齐)struct {}node;32为的x86,window下VC下sizeof(node)的值为1,⽽linux的gcc下值为0;⼀、WINDOWS下(VC--其实GCC和其原理基本⼀样,象这种问题,⼀般要查具体的编译器设置)字节对齐的规则:1、⼀般设置的对齐⽅式为1,2,4字节对齐⽅式,VC⼀般默认为4字节(最⼤为8字节)。
结构的⾸地址必须是结构内最宽类型的整数倍地址;另外,结构体的每⼀个成员起始地址必须是⾃⾝类型⼤⼩的整数倍(需要特别注意的是windows下是这样的,但在linux的gcc编译器下最⾼为4字节对齐),否则在前⼀类型后补0;这⾥特别提到的是数组⼀定要注意,⽽且在⼀些编程的技巧中,我们可以使⽤数组强制字节达到对齐的⽬的。
这在⽹络编程中是很常见的。
举例:⽐如CHAR型占⽤空间为1字节,则其起始位置必须可被1整除。
INT为4字节,其起始位置必须被4带队,依次类推。
(我们假定类或结构体的起始位置为0位置,其实编译器是在开辟空间时,会寻找起始位置可被结构内最宽类型整除的地址做为开始地址,因此我们可以假定其为0值,因为这0值可以被任意的类型整除。
)2、结构体的整体⼤⼩必须可被对齐值整除,默认4(默认,且结构中的类型⼤⼩都⼩于默认的4)。
3、结构体的整体⼤⼩必须可被本结构内的最宽类型整除。
(其实和上⼀条是⼀样的,但这⾥独⽴出来,起注意作⽤。
⽐如结构体⾥的有DOUBLE,那么结构的⼤⼩最后必须可被8整除)注意:GCC不是这样,就是最⾼只能被4整除,它是个死的。
否则(2、3条),编译器会在结构的最后添充⼀定的特定字符来补齐。
struct T{char ch;double d ;};在VC中是16个字节,GCC中为12个字节。
4、对于结构体内嵌套结构体的形势,规定是必须按照基本数据类型来定义,⽽不能以嵌套结构⼤⼩来做为上三种使⽤的基准。
⼆、举例:struct A{int a;char b;short c;};struct B{char b;int a;short c;};struct C{double t;char b;int a;short c;};struct D{char b;double t;int a;short c;};在VC中,SIZEOF这四个结构体,分别为:8、12、24、24;我们先谈第⼀个,(说明⼀下,在考虑结构体⼤⼩时,我们基本可以忽略起始地址的问题,因为这个编译器会⾃动为我们做好,见上⾯的说明),结构体内⾸先是⼀个INT的4字节,起始地址假定为0,整除4,其⼩于等于默认的4字节对齐且0为4(INT的占⽤空间)的整数倍,所以,其占四个字节;其后为起始地址为5,空间为1个字节的CHAR,⼩于4且5为1(CHAR占⽤空间)的整数倍,故占⽤1个字节,然后是⼀个起始地址为5占2个字节的SHORT,其⼩于4,但5不为2的整数倍,故补齐⼀个字节,从第6个字节开始,占2字节空间。
c 8字节对齐 算法
c 8字节对齐算法在C语言中,8字节对齐通常是指将数据结构的每个成员按照8字节的边界进行对齐。
这样可以提高数据访问的效率,因为CPU通常以固定大小的数据块(比如4字节或8字节)进行数据访问。
一种常见的算法用于确定数据结构中每个成员的对齐方式,称为对齐算法。
对齐算法通常根据数据类型的大小和所需的内存对齐边界来确定每个成员的对齐方式。
下面是一个简单的对齐算法示例,用于计算一个结构体中每个成员的对齐方式:c#include <stdio.h>#include <stdint.h>typedef struct {uint32_t a; // 4 bytes aligneduint64_t b; // 8 bytes alignedfloat c; // 4 bytes alignedchar d[12]; // 12 bytes aligned} MyStruct;int main() {printf("Size of MyStruct: %lu bytes\n", sizeof(MyStruct));printf("Offset of a: %lu bytes\n", offsetof(MyStruct, a));printf("Offset of b: %lu bytes\n", offsetof(MyStruct, b));printf("Offset of c: %lu bytes\n", offsetof(MyStruct, c));printf("Offset of d: %lu bytes\n", offsetof(MyStruct, d));return 0;}在这个例子中,我们定义了一个名为MyStruct的结构体,其中包含四个成员变量:a、b、c和d。
每个成员变量的类型不同,因此它们的大小和对齐方式也不同。
结构体大小计算
结构体大小计算结构体的大小计算,需要考虑以下几个因素:1.对齐方式结构体的大小往往受到CPU的字节对齐方式的影响。
比如,大多数CPU都采用4字节对齐,即结构体中变量的地址必须是4的倍数,否则编译器会在其后补齐字节。
所以目前绝大多数编译器在计算结构体大小时都采用对齐方式。
2.成员变量结构体大小还受到成员变量的类型和数量的影响。
比如,一个int类型的成员变量,占用4个字节;一个char类型的成员变量,占用1个字节。
3.字节对齐C/C++编程语言中,字节对齐由库里的预处理器标记定义。
如果不定义,编译器默认对齐方式为字节对齐(实际上字节对齐是定长对齐的特殊形式)。
字节对齐就是将数据放在地址可以被其它类型的数据读取的位置上,在访问数据时可以加快访问速度。
通常,数据类型在内存中占的字节数小于等于其本身大小,是由于编译器对其进行了字节对齐。
因此,在说一个结构体的大小时,需要考虑到成员变量之间的间隙大小。
通过这几个因素,我们可以得出结构体的大小计算公式:结构体大小= 最大元素大小的倍数最大元素大小= 结构体中成员变量中最大的变量类型所占字节数例如:C++struct Student {char name[20];int age;float score;};字节对齐后,占用空间为32 字节C++struct Score {float math;float chinese;float english;float physics;float chemistry;};字节对齐后,占用空间为20 字节需要注意的是,在结构体中使用位域(bitfield)定义成员变量,其大小通常比使用普通变量的方式更难计算,因此不推荐使用。
c++中的字节对齐规则
struct A
{
int a;
char b;
short c;
};
struct B
{
char b;
int a;
short c;
};
现在已知32位机器上各种数据类型的长度如下:
char:1(有符号无符号同)
6.对齐或非对齐读写访问带来问题
__packed struct STRUCT_TEST
{
char a;
int b;
char c;
} ; //定义如下结构此时b的起始地址一定是不对齐的
//在栈中访问b可能有问题,因为栈上数据肯定是对齐访问[from CL]
一.什么是字节对齐,为什么要对齐?
现代计算机中内存空间都是按照byte划分的,从理论上讲似乎对任何类型的变量的访问可以从任何地址开始,但实际情况是在访
问特定类型变量的时候经常在特 定的内存地址访问,这就需要各种类型数据按照一定的规则在空间上排列,而不是顺序的一个接一
个的排放,这就是对齐。
#pragma pack (2) /*指定按2字节对齐*/
struct C
{
char b;agma pack () /*取消指定对齐,恢复缺省对齐*/
第 一个变量b的自身对齐值为1,指定对齐值为2,所以,其有效对齐值为1,假设C从0x0000开始,那么b存放在0x0000,符合
们显示的进行填补空间进行对齐,比如:有一种使用空间换时间做 法是显式的插入reserved成员:
struct A{
char a;
char reserved[3];//使用空间换时间
字节对齐引起的内存空洞
字节对齐引起的内存空洞1.引言1.1 概述字节对齐是在计算机系统中,为了提高内存访问效率而采取的一种对齐内存存储的方法。
在计算机中,内存空间会被划分成一个个字节(byte),而字节对齐则指的是将数据存储在内存中的时候,按照一定规则将数据的起始地址作对齐调整。
字节对齐的原理是,由于计算机在内存中的存储是以字节为单位进行的,而CPU 从内存中读取数据时,会按照一个固定大小的单位(例如4字节或8字节)进行读取。
如果数据的起始地址不是这个固定单位的整数倍,那么CPU 需要进行多次读取才能将完整的数据读取出来,从而降低了内存访问的效率。
为了解决这个问题,字节对齐的概念被提出。
字节对齐的概念可以简单地理解为数据在存储时需要按照对齐规则将起始地址调整到特定的倍数上。
常见的对齐规则是按照数据类型的大小进行调整,例如char类型对齐到1字节,int类型对齐到4字节或8字节。
然而,字节对齐在提高内存访问效率的同时也会带来一些负面影响,即字节对齐引起的内存空洞。
当多个数据对象按照字节对齐规则存储在内存中时,为了满足对齐要求,可能会在数据之间留下一些未被使用的内存空间,从而导致内存空间的浪费。
这些未被使用的内存空间就是所谓的内存空洞。
本文将详细探讨字节对齐引起的内存空洞的产生原因和对系统性能的影响,并给出一些避免内存空洞的方法。
通过深入了解字节对齐的概念和原理,读者将能更好地理解字节对齐对于计算机系统的重要性,以及如何在实际开发中避免内存空洞所带来的问题。
1.2文章结构1.2 文章结构本文将以以下结构来讨论字节对齐引起的内存空洞的问题:1. 引言:[链接到1.引言部分]2. 正文:2.1 字节对齐的概念和原理:[链接到2.1 字节对齐的概念和原理部分]2.2 字节对齐引起的内存空洞的产生:[链接到2.2 字节对齐引起的内存空洞的产生部分]3. 结论:3.1 对字节对齐引起的内存空洞的影响:[链接到3.1 对字节对齐引起的内存空洞的影响部分]3.2 如何避免字节对齐引起的内存空洞:[链接到3.2 如何避免字节对齐引起的内存空洞部分]通过以上结构,我们将全面探讨字节对齐引起的内存空洞的问题,从字节对齐的概念和原理开始,分析字节对齐引起的内存空洞的产生原因,进一步讨论其对系统的影响,最后提供一些解决方案以避免字节对齐引起的内存空洞。
arm32位的cpu对齐方式
arm32位的cpu对齐方式
ARM 32位CPU的对齐方式是指数据在内存中的存储位置。
对齐
是指数据在内存中的起始地址是否符合一定的规则。
ARM架构中,
数据对齐通常指的是按照数据的大小将数据存储在内存中的起始地址,以提高数据访问的效率和性能。
在ARM 32位架构中,数据对齐通常遵循以下规则:
1. 字节对齐,8位数据的起始地址可以是任意地址;16位数据
的起始地址必须是2的倍数;32位数据的起始地址必须是4的倍数。
2. 半字对齐,16位数据的起始地址必须是2的倍数;32位数
据的起始地址必须是4的倍数。
3. 字对齐,32位数据的起始地址必须是4的倍数。
对齐的好处在于可以提高内存访问的速度,因为处理器可以更
快地访问对齐数据。
如果数据没有按照规定的对齐方式存储,处理
器可能需要多次访问内存,降低了访问效率,甚至可能导致错误或
异常。
总的来说,ARM 32位CPU的对齐方式是按照数据的大小将数据存储在内存中的起始地址,以提高数据访问的效率和性能。
这种对齐方式是为了充分利用处理器的特性,提高数据访问的效率。
函数入口参数16字节对齐
函数入口参数16字节对齐
从计算机体系结构的角度来看,要求函数入口参数16字节对齐可以使得CPU在访问内存时更高效地加载数据,因为现代CPU的缓存行大小通常是64字节,如果数据结构是16字节对齐的,那么可以最大限度地利用缓存行,减少内存访问的次数,提高数据读取速度。
另外,从编程语言的角度来看,一些特定的数据类型或数据结构可能要求在内存中以特定的对齐方式进行存储,比如C语言中的结构体对齐。
在这种情况下,需要确保函数入口参数按照要求的对齐方式进行传递,以避免出现未定义的行为或性能损失。
总之,函数入口参数16字节对齐的要求主要是为了提高内存访问的效率,特别是在涉及到向量化计算或特定数据结构对齐要求的情况下,遵循这一要求可以提高程序的性能和效率。
c语言 结构体赋值出错 对齐
c语言结构体赋值出错对齐
C语言中结构体赋值出错通常涉及到结构体成员的对齐问题。
C 语言中的结构体成员在内存中的排列顺序受到对齐规则的影响,而这些规则在不同的编译器和计算机架构上可能会有所不同。
首先,结构体成员的对齐方式受到编译器的影响。
一般来说,编译器会根据结构体成员的类型和当前编译器的设定来进行对齐。
比如,有些编译器默认采用4字节对齐,即结构体成员的地址必须是4的倍数,而有些编译器可能采用8字节对齐。
其次,结构体成员的大小也会影响对齐。
比如,一个结构体成员是char类型,大小为1字节,而另一个结构体成员是int类型,大小为4字节,这就可能导致对齐问题。
另外,如果结构体成员之间存在空隙,也会影响对齐。
比如,如果一个结构体成员的大小为3字节,那么编译器可能会在其后面填充一个字节,以满足对齐要求。
为了解决结构体赋值出错的对齐问题,可以采取一些方法。
首先,可以查看编译器的对齐设置,尝试调整对齐方式来解决问题。
其次,可以考虑重新设计结构体,调整成员的排列方式,使其符合对齐规则。
最后,可以使用#pragma pack指令(在一些编译器中可用)来显式地指定结构体成员的对齐方式。
总之,结构体赋值出错通常涉及到对齐问题,需要仔细检查结构体成员的类型、大小和编译器对齐设置,以及考虑调整结构体设计或对齐方式来解决问题。
256字节对齐计算公式
256字节对齐计算公式1.引言在计算机领域,内存对齐是一种重要的概念,它与数据在内存中的存放方式密切相关。
其中,256字节对齐是一种常见的对齐方式。
本文将介绍256字节对齐的计算公式,帮助读者更好地理解和应用该对齐方式。
2.什么是内存对齐内存对齐是指变量在内存中存放时按照一定的规则对其进行排列的过程。
由于计算机硬件读取数据的机制,对齐可以提高数据的读取效率。
对齐通常以字节为单位进行,比如4字节对齐、8字节对齐等。
3.为什么选择256字节对齐在某些应用场景下,特别是在嵌入式系统或高性能计算中,选择256字节对齐可以获得更好的性能。
这是因为256字节对齐可以最大限度地利用计算机硬件的特性,提高数据的读取和处理效率。
4. 256字节对齐计算公式假设需要存放的变量为V(以字节为单位),256字节对齐的计算公式如下:A l ig ne dA dd re ss=((V+255)/256)*256其中,A li gn ed Ad dr e ss表示对齐后的起始地址。
5.举例说明为了更好地理解256字节对齐计算公式,我们来看一个具体的例子。
假设有一个结构体需要存放在内存中,其成员变量分别为:i n ta;c ha rb;d ou ble c;这三个变量的字节大小分别为4、1和8字节。
编译器为了对齐考虑,会按照最大字节大小的变量进行对齐,即8字节对齐。
首先,计算出结构体在内存中的大小:4+1+8=13字节。
然后,按照256字节对齐计算公式进行计算:A l ig ne dA dd re ss=((13+255)/256)*256=512即结构体在内存中的起始地址为512字节。
6.总结256字节对齐是一种常见的内存对齐方式,可以提高数据在内存中的读取和处理效率。
本文介绍了256字节对齐的计算公式,并通过一个具体的例子进行了说明。
希望读者通过本文的介绍,对256字节对齐有更深入的理解,并能在实际的项目中合理应用。
cpu乱序执行原因
cpu乱序执行原因CPU乱序执行是现代计算机处理器中一种重要的优化技术。
它通过改变指令的执行顺序,使得计算机能够在不改变程序的语义的前提下以更高效的方式执行指令。
CPU乱序执行的原因包括以下几点:1.提高指令级并行性:CPU乱序执行可以发掘指令级并行性,即同时执行多条指令。
这是因为在一个指令的执行过程中,一些部分不依赖于前面的指令的结果,因此可以被并行执行。
通过乱序执行,CPU可以在适当的时候重排序指令,从而提高整体的执行效率。
2.解决数据依赖性冲突:在一个程序中,一些指令需要依赖于前面指令的执行结果。
在顺序执行的情况下,如果前面的指令还没有执行完毕,那么后续的指令必须等待。
而乱序执行可以通过改变指令的执行顺序,使得后续的指令可以在读取前面指令结果的同时执行。
这样可以减少等待时间,提高指令的执行效率。
3.提高分支预测准确率:分支指令是计算机程序中常见的一种跳转指令,它会根据一些条件决定下一条要执行的指令。
分支指令的执行会导致指令流的中断和重新调整,进而降低整体的执行效率。
CPU乱序执行可以通过预测分支的结果,提前执行后续的指令。
如果分支预测准确,那么乱序执行可以充分利用分支指令之后的指令,提高指令的执行效率。
4.减少内存访问延迟:存储器的访问速度相对于CPU来说较慢,因此CPU乱序执行可以通过改变指令的执行顺序,将对内存的访问操作尽可能地集中在一起执行,从而减少内存的访问延迟,提高指令的执行效率。
5.实现更好的资源利用:在顺序执行的情况下,由于一些执行单元可能会因为等待一些资源而处于空闲状态,导致CPU的利用率不高。
而乱序执行可以通过选择适当的执行顺序,使得这些执行单元能够充分利用起来,提高CPU的利用率。
总结来说,CPU乱序执行是一种能够提高计算机处理器执行效率的重要技术。
它通过改变指令的执行顺序,发掘指令级并行性,解决数据依赖性冲突,提高分支预测准确率,减少内存访问延迟以及实现更好的资源利用,最终提高整体的执行效率。
什么是字节对齐,为什么要对齐
什么是字节对齐,为什么要对齐一.什么是字节对齐,为什么要对齐?一.什么是字节对齐,为什么要对齐?现代计算机中内存空间都是按照byte划分的,从理论上讲似乎对任何类型的变量的访问可以从任何地址开始,但实际情况是在访问特定类型变量的时候经常在特定的内存地址访问,这就需要各种类型数据按照一定的规则在空间上排列,而不是顺序的一个接一个的排放,这就是对齐。
对齐的作用和原因:各个硬件平台对存储空间的处理上有很大的不同。
一些平台对某些特定类型的数据只能从某些特定地址开始存取。
比如有些架构的CPU在访问一个没有进行对齐的变量的时候会发生错误,那么在这种架构下编程必须保证字节对齐.其他平台可能没有这种情况,但是最常见的是如果不按照适合其平台要求对数据存放进行对齐,会在存取效率上带来损失。
比如有些平台每次读都是从偶地址开始,如果一个int型(假设为32位系统)如果存放在偶地址开始的地方,那么一个读周期就可以读出这32bit,而如果存放在奇地址开始的地方,就需要2个读周期,并对两次读出的结果的高低字节进行拼凑才能得到该32bit数据。
显然在读取效率上下降很多。
二.字节对齐对程序的影响:先让我们看几个例子吧(32bit,x86环境,gcc编译器):设结构体如下定义:struct A{char b;short c;};struct B{char b;int a;short c;};现在已知32位机器上各种数据类型的长度如下:char:1(有符号无符号同)short:2(有符号无符号同)int:4(有符号无符号同)long:4(有符号无符号同)float:4 double:8那么上面两个结构大小如何呢?结果是:sizeof(strcut A)值为8sizeof(struct B)的值却是12结构体A中包含了4字节长度的int一个,1字节长度的char一个和2字节长度的short型数据一个,B也一样;按理说A,B大小应该都是7字节。
详解4字节对齐
详解4字节对齐所谓的字节对齐,就是各种类型的数据按照⼀定的规则在空间上排列,⽽不是顺序的⼀个接⼀个的排放,这个就是对齐。
我们经常听说的对齐在N上,它的含义就是数据的存放起始地址%N==0。
具体对齐规则会在下⾯的篇幅中介绍。
⾸先还是让我们来看⼀下,为什么要进⾏字节对齐吧。
各个硬件平台对存储空间的处理上有很⼤的不同。
⼀些平台对某些特定类型的数据只能从某些特定地址开始存取。
⽐如有些的CPU,诸如SPARC在访问⼀个没有进⾏对齐的变量的时候会发⽣错误,那么在这种架构上必须编程必须保证字节对齐。
⽽有些平台对于没有进⾏对齐的数据进⾏存取时会产⽣效率的下降。
让我们来以x86为例看⼀下如果在不进⾏对齐的情况下,会带来什么样⼦的效率低下问题,看下⾯的数据结构声明:view plaincopy to clipboardprint?01.struct A {02. char c;03. int i;04.};05.struct A a;Code 13-1假设变量a存放在内存中的起始地址为0x00,那么其成员变量c的起始地址为0x00,成员变量i的起始地址为0x01,变量a⼀共占⽤了5个字节。
当CPU要对成员变量c进⾏访问时,只需要⼀个读周期即可。
⽽如若要对成员变量i进⾏访问,那么情况就变得有点复杂了,⾸先CPU⽤了⼀个读周期,从0x00处读取了4个字节(注意由于是32位架构),然后将0x01-0x03的3个字节暂存,接着⼜花费了⼀个读周期读取了从0x04-0x07的4字节数据,将0x04这个字节与刚刚暂存的3个字节进⾏拼接从⽽读取到成员变量i的值。
为了读取这个成员变量i,CPU花费了整整2个读周期。
试想⼀下,如果数据成员i的起始地址被放在了0x04处,那么读取其所花费的周期就变成了1,显然引⼊字节对齐可以避免读取效率的下降,但这同时也浪费了3个字节的空间(0x01-0x03)。
有了上述的基本概念之后,让我们来看⼀下,编译器是按照什么样的原则进⾏对齐的。
iar默认字节对齐方式
iar默认字节对齐方式
字节对齐是计算机领域中一个重要的概念,它决定了数据在内存中的存储方式。
在计算机中,数据以字节为单位进行存储和传输。
字节对齐指的是数据在内存中的存储位置必须是某个特定值的倍数。
这个特定值被称为对齐单位。
字节对齐的原因是为了提高计算机的运行效率。
当数据按照对齐单位进行存储时,CPU读取数据的速度更快。
如果数据的存储位置不满足对齐要求,CPU需要经过额外的计算来获取数据,这会影响计算机的性能。
在C语言中,默认的字节对齐方式是按照结构体中最宽基本类型的大小进行对齐。
例如,如果结构体中包含有int和char两种类型的成员变量,那么结构体的对齐单位就是int的大小。
这意味着结构体中的每个成员变量的地址必须是int大小的倍数。
字节对齐还可以通过编译器的预处理指令来进行控制。
在C语言中,可以使用#pragma pack指令来指定对齐方式。
例如,可以使用#pragma pack(1)来告诉编译器按照1字节对齐。
字节对齐可以避免内存对齐问题带来的性能损失。
当数据按照对齐要求存储时,CPU可以更高效地读取和写入数据,提高计算机的运行速度。
所以,在编写程序时,应该充分考虑字节对齐的问题,合理安排数据的存储方式,以提高程序的性能。
字节对齐是计算机中一个重要的概念,它决定了数据在内存中的存储方式。
通过合理安排数据的存储位置,可以提高计算机的运行效率。
在编写程序时,应该充分考虑字节对齐的问题,以提高程序的性能。
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对于char型数据,其自身对齐值为1,对于short型为2,对于int,float,double类型,其自身对齐值为4,单位字
节。
2.结构体或者类的自身对齐值:其成员中自身对齐值最大的那个值。
3.指定对齐值:#pragma pack (value)时的指定对齐值value。
最后两句代码,从奇数边界去访问unsignedshort型变量,显然不符合对齐的规定。
struct C
{
char b;
int a;
short c;
};
#pragma pack () /*取消指定对齐,恢复缺省对齐*/
sizeof(struct C)值是8。
{
int a;
char b;
short c;
};
struct B
{
char b;
int a;
short c;
int a;
short c;
};
#pragma pack () /*取消指定对齐,恢复缺省对齐*/
第 一个变量b的自身对齐值为1,指定对齐值为2,所以,其有效对齐值为1,假设C从0×0000开始,那么b存放在
四.如何修改编译器的默认对齐值?
1.在VC IDE中,可以这样修改:[Project]|[Settings],c/c++选项卡Category的Code Generation选项的Struct
Member Alignment中修改,默认是8字节。
4.数据成员、结构体和类的有效对齐值:自身对齐值和指定对齐值中小的那个值。
有 了这些值,我们就可以很方便的来讨论具体数据结构的成员和其自身的对齐方式。有效对齐值N是最终用来决定
数据存放地址方式的值,最重要。有效对齐N,就是 表示“对齐在N上”,也就是说该数据的"存放起始地址%N=0".
#pragma pack () /*取消指定对齐,恢复缺省对齐*/
sizeof(struct D)值为7。
后面我们再讲解#pragma pack()的作用.
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:
构体B所占用。故B从0×0000到0×000B 共有12个字节,sizeof(struct B)=12;其实如果就这一个就来说它已将满足
字节对齐了, 因为它的起始地址是0,因此肯定是对齐的,之所以在后面补充2个字节,是因为编译器为了实现结构数组
的存取效率,试想如果我们定义了一个结构B的数组,那 么第一个结构起始地址是0没有问题,但是第二个结构呢?按照
上排列,而不是顺序的一个接一个的排放,这就是对齐。
对齐的作用和原因:各个硬件平台对存储空间的处理上有很大的不同。一些平台对某些特定类型的数据只能从某
些特定地址开始存取。比如有些架构的CPU在访问 一个没有进行对齐的变量的时候会发生错误,那么在这种架构下编
行排列即可,基本的原则就是把结构中的变量按照 类型大小从小到大声明,尽量减少中间的填补空间.还有一种就是
为了以空间换取时间的效率,我们显示的进行填补空间进行对齐,比如:有一种使用空间换时间做 法是显式的插入
reserved成员:
struct A{
数组的定义,数组中所有元素都是紧挨着的,如果我们不把结构的大小补充为4的整数倍,那么下一 个结构的起始地址
将是0×0000A,这显然不能满足结构的地址对齐了,因此我们要把结构补充成有效对齐大小的整数倍.其实诸如:对于
char型数据,其 自身对齐值为1,对于short型为2,对于int,float,double类型,其自身对齐值为4,这些已有类型
的自身对齐值也是基于数组考虑的,只 是因为这些类型的长度已知了,所以他们的自身对齐值也就已知了.
同理,分析上面例子C:
#pragma pack (2) /*指定按2字节对齐*/
struct C
{
char b;
例子分析:
分析例子B;
struct B
{
char b;
int a;
short c;
};
假 设B从地址空间0×0000开始排放。该例子中没有定义指定对齐值,在笔者环境下,该值默认为4。第一个成员变
0×0000,符合0×0000%1= 0;第二个变量,自身对齐值为4,指定对齐值为2,所以有效对齐值为2,所以顺序存放在
0×0002、0×0003、0×0004、0×0005四个连续 字节中,符合0×0002%2=0。第三个变量c的自身对齐值为2,所以
有效对齐值为2,顺序存放
float:4 double:8
那么上面两个结构大小如何呢?
结果是:
sizeof(strcut A)值为8
sizeof(struct B)的值却是12
结构体A中包含了4字节长度的int一个,1字节长度的char一个和2字节长度的short型数据一个,B也一样;按理说A,B
};
现在已知32位机器上各种数据类型的长度如下:
char:1(有符号无符号同)
short:2(有符号无符号同)
int:4(有符号无符号同)
long:4(有符号无符号同)
量b的自身对齐值是1,比指定或者默认指定 对齐值4小,所以其有效对齐值为1,所以其存放地址0×0000符合
0×0000%1=0.第二个成员变量a,其自身对齐值为4,所以有效对齐值也为4, 所以只能存放在起始地址为0×0004到
0×0007这四个连续的字节空间中,复核0×0004%4=0,且紧靠第一个变量。第三个变量c,自身对齐值为 2,所以有效
对齐值也是2,可以存放在0×0008到0×0009这两个字节空间中,符合0×0008%2=0。所以从0×0000到0×0009存放
ห้องสมุดไป่ตู้ 的 都是B内容。再看数据结构B的自身对齐值为其变量中最大对齐值(这里是b)所以就是4,所以结构体的有效对齐
值也是4。根据结构体圆整的要求, 0×0009到0×0000=10字节,(10+2)%4=0。所以0×0000A到0×000B也为结
字节对齐详解(x86 + ARM)
一.什么是字节对齐,为什么要对齐?
现代计算机中内存空间都是按照byte划分的,从理论上讲似乎对任何类型的变量的访问可以从任何地址开始,但
实际情况是在访问特定类型变量的时候经常在特 定的内存地址访问,这就需要各种类型数据按照一定的规则在空间
char a;
char reserved[3];//使用空间换时间
int b;
}
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
期,并对两次读出的结果的高低字节进行拼凑才能得到该32bit数 据。显然在读取效率上下降很多。
二.字节对齐对程序的影响:
先让我们看几个例子吧(32bit,x86环境,gcc编译器):
设结构体如下定义:
struct A
修改对齐值为1:
#pragma pack (1) /*指定按1字节对齐*/
struct D
{
char b;
int a;
short c;
};
程必须保证字节对齐.其他平台可能没有这种情况,但是最常见的是如果不按照适合其平台要求对 数据存放进行对
齐,会在存取效率上带来损失。比如有些平台每次读都是从偶地址开始,如果一个int型(假设为32位系统)如果存
放在偶地址开始的地方,那 么一个读周期就可以读出这32bit,而如果存放在奇地址开始的地方,就需要2个读周
unsigned char *p=NULL;
unsigned short *p1=NULL;
p=&i;
*p=0×00;
p1=(unsigned short *)(p+1);
*p1=0×0000;
而数据结构中的数据变量都是按定义的先后顺序来排放的。第一个数据变量的起始地址就是数 据结构的起始地址。
结构体的成员变量要对齐排放,结构体本身也要根据自身的有效对齐值圆整(就是结构体成员变量占用总长度需要是
对结构体有效对齐值的整数 倍,结合下面例子理解)。这样就不能理解上面的几个例子的值了。
大小应该都是7字节。
之所以出现上面的结果是因为编译器要对数据成员在空间上进行对齐。上面是按照编译器的默认设置进行对齐的结
果,那么我们是不是可以改变编译器的这种默认对齐设置呢,当然可以.例如:
#pragma pack (2) /*指定按2字节对齐*/
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:
代码中关于对齐的隐患,很多是隐式的。比如在强制类型转换的时候。例如:
unsigned int i = 0×12345678;
2.在编码时,可以这样动态修改:#pragma pack .注意:是pragma而不是progma.
五.针对字节对齐,我们在编程中如何考虑?
如果在编程的时候要考虑节约空间的话,那么我们只需要假定结构的首地址是0,然后各个变量按照上面的原则进
在0×0006、0×0007中,符合 0×0006%2=0。所以从0×0000到0×00007共八字节存放的是C的变量。又C的自身对齐
值为4,所以C的有效对齐值为2。又8%2=0,C 只占用0×0000到0×0007的八个字节。所以sizeof(struct C)=8.