C语言内存字节对齐规则20180718

C语言内存字节对齐规则

在C语言面试和考试中经常会遇到内存字节对齐的问题。今天就来对字节对齐的知识进行小结一下。

首先说说为什么要对齐。为了提高效率，计算机从内存中取数据是按照一个固定长度的。以32位机为例，它每次取32个位，也就是4个字节（每字节8个位，计算机基础知识，别说不知道）。字节对齐有什么好处？以int型数据为例，如果它在内存中存放的位置按4字节对齐，也就是说1个int的数据全部落在计算机一次取数的区间内，那么只需要取一次就可以了。如图a-1。如果不对齐，很不巧，这个int数据刚好跨越了取数的边界，这样就需要取两次才能把这个int的数据全部取到，这样效率也就降低了。

图：a-1

图：a-2

内存对齐是会浪费一些空间的。但是这种空间上得浪费却可以减少取数的时间。这是典型的一种以空间换时间的做法。空间与时间孰优孰略这个每个人都有自己的看法，但是C 语言既然采取了这种以空间换时间的策略，就必然有它的道理。况且，在存储器越来越便宜的今天，这一点点的空间上的浪费就不算什么了。

需要说明的是，字节对齐不同的编译器可能会采用不同的优化策略，以下以GCC为例讲解结构体的对齐.

一、原则：

1.结构体内成员按自身按自身长度自对齐。

自身长度，如char=1，short=2，int=4，double=8,。所谓自对齐，指的是该成员的起始位置的内存地址必须是它自身长度的整数倍。如int只能以0,4,8这类的地址开始

2.结构体的总大小为结构体的有效对齐值的整数倍

结构体的有效对齐值的确定：

1）当未明确指定时，以结构体中最长的成员的长度为其有效值

2）当用#pragma pack(n)指定时，以n和结构体中最长的成员的长度中较小者为其值。

3）当用__attribute__ ((__packed__))指定长度时，强制按照此值为结构体的有效对齐值

二、例子

1)

struct AA{ //结构体的有效对齐值为其中最大的成员即int的长度4

char a;

int b;

char c;

}aa

结果，sizeof（aa）=12

何解？首先假设结构体内存起始地址为0，那么地址的分布如下

0 a

1

2

3

4 b

5 b

6 b

7 b

8 c

9

10

11

char的字对齐长度为1，所以可以在任何地址开始，但是，int自对齐长度为4，必须以4的倍数地址开始。所以，尽管1-3空着，但b也只能从4开始。再加上c后，整个结构体的总长度为9，结构体的有效对齐值为其中最大的成员即int的长度4，所以，结构体的大小向上扩展到12，即9-11的地址空着。

2) //结构体的有效对齐值为其中最大的成员即int的长度4

struct AA{

char a;

char c;

int b;

}aa

sizeof（aa）=8，为什么呢

0 a

1 c

2

3

4 b

5 b

6 b

7 b

因为c为char类型，字对齐长度为1，所以可以有效的利用1-3间的空格。看见了吧，变量定义的位置的不同时有可能影响结构体的大小的哦！

3)

#pragma pack(2) //结构体的有效对齐长度在pack指定的2和int的4中取较小的值2

struct AA{

char a;

int b;

char c;

}aa

sizeof（aa）=10,

为什么呢？a到c只占9字节长度，因为结构体的有效对齐长度在pack指定的2和int 的4中取较小的值2。故取2的倍数10。

如果当pack指定为8呢?那就仍然按4来对齐，结果仍然是12。

4)

struct AA{

char a;

int b;

char c;

}__attribute__((__8__))aa

8对齐，故取8的倍数16.

如果其指定2，则结果为10

如果pragma pack和__attribute__ 同时指定呢？以__attribute__ 的为准。

需要说明的是，不管pragma pack和__attribute__如何指定，结构体内部成员的自对齐仍然按照其自身的对齐值。

另外，不同的编译器可能会对内存的分布进行优化，

例如有些编译器会把立体1中的程序优化成例题2的样子。但这属于编译器的问题，

这里不做详细讨论。如果要作为编程的参考的话，最好当做编译器不会做优化，尽量在保持代码清晰的情况下，自己手动将例题1优化成例题2的样子。

如果是做题的话，按照以上原则做就可以了，不用考虑不同编译器的特性。