C++ 內(nèi)存對齊

2019-11-09 21:13:59

字體：大中小

供稿：網(wǎng)友

#PRagma pack(n)

解釋一：

每個特定平臺上的編譯器都有自己的默認(rèn)“對齊系數(shù)”(也叫對齊模數(shù))。程序員可以通過預(yù)編譯命令#pragma pack(n)，n=1,2,4,8,16來改變這一系數(shù)，其中的n就是你要指定的“對齊系數(shù)”。

　　規(guī)則：

　　1、數(shù)據(jù)成員對齊規(guī)則：結(jié)構(gòu)(struct)(或聯(lián)合(union))的數(shù)據(jù)成員，第一個數(shù)據(jù)成員放在offset為0的地方，以后每個數(shù)據(jù)成員的對齊按照#pragma pack指定的數(shù)值和這個數(shù)據(jù)成員自身長度中，比較小的那個進行。

　　2、結(jié)構(gòu)(或聯(lián)合)的整體對齊規(guī)則：在數(shù)據(jù)成員完成各自對齊之后，結(jié)構(gòu)(或聯(lián)合)本身也要進行對齊，對齊將按照#pragma pack指定的數(shù)值和結(jié)構(gòu)(或聯(lián)合)最大數(shù)據(jù)成員長度中，比較小的那個進行。

解釋二：

n 字節(jié)的對齊方式 VC 對結(jié)構(gòu)的存儲的特殊處理確實提高 CPU 存儲變量的速度，但是有時候也帶來了一些麻煩，我們也屏蔽掉變量默認(rèn)的對齊方式，自己可以設(shè)定變量的對齊方式。 VC 中提供了#pragma pack(n)來設(shè)定變量以 n 字節(jié)對齊方式。n 字節(jié)對齊就是說變量存放的起始地址的偏移量有兩種情況：

第一、如果 n 大于等于該變量所占用的字節(jié)數(shù)，那么偏移量必須滿足默認(rèn)的對齊方式。

第二、如果 n 小于該變量的類型所占用的字節(jié)數(shù)，那么偏移量為 n 的倍數(shù)，不用滿足默認(rèn)的對齊方式。結(jié)構(gòu)的總大小也有個約束條件，分下面兩種情況：如果 n 大于所有成員變量類型所占用的字節(jié)數(shù)，那么結(jié) 構(gòu)的總大小必須為占用空間最大的變量占用的空間數(shù)的倍數(shù)；否則必須為 n 的倍數(shù)。

下面舉例說明其用法。 #pragma pack(push) //保存對齊狀態(tài)

#pragma pack(4)//設(shè)定為 4 字節(jié)對齊

struct test { char m1; double m4; int m3; }; #pragma pack(pop)//恢復(fù)對齊狀態(tài) 以上結(jié)構(gòu)體的大小為 16：

下面分析其存儲情況，首先為 m1 分配空間，其偏移量為 0，滿足我們自己設(shè)定的對齊方式（4 字節(jié)對齊），m1 大小為 1 個字節(jié)。接著開始為 m4 分配空間，這時其偏移量為 1，需要補足 3 個字節(jié)，這樣使偏移量滿足為 n=4 的倍數(shù)（因為 sizeof(double)大于 4）,m4 占用 8 個字節(jié)。接著為 m3 分配空間，這時其偏移量為 12，滿足為 4 的倍數(shù)，m3 占用 4 個字節(jié)。這時已經(jīng)為所有成員變量分配了空間，共分配了 16 個字節(jié)，滿足為 n 的倍數(shù)。如果把上面的#pragma pack(4)改為 #pragma pack(8)，那么我們可以得到結(jié)構(gòu)的大小為 24。

大家看了這些文字描述頭也一定會發(fā)麻吧，我堅持讀完后，然后自己編寫了一個程序：

#pragma pack(4)

struct node{

int e; char f; short int a; char b;

};

struct node n;

printf("%d/n",sizeof(n));

我自己算的結(jié)果是16，結(jié)果實際結(jié)果是：

然后結(jié)構(gòu)體內(nèi)部數(shù)據(jù)成員變動一下位置：

#pragma pack(4)

struct node{

char f; int e; short int a; char b;};

struct node n;

printf("%d/n",sizeof(n));

將對齊位數(shù)強制定位2

#pragma pack(2)

struct node{

char f; int e; short int a; char b;};

struct node n;

printf("%d/n",sizeof(n));

將對齊位數(shù)強制定位1

#pragma pack(1)

struct node{

char f; int e; short int a; char b;};

struct node n;

printf("%d/n",sizeof(n));

看著輸出結(jié)果和文字描述有點暈，下面簡單說一下俺的判定規(guī)則吧：

其實之所以有內(nèi)存字節(jié)對齊機制，就是為了最大限度的減少內(nèi)存讀取次數(shù)。我們知道CPU讀取速度比內(nèi)存讀取速度快至少一個數(shù)量級，所以為了節(jié)省運算花費時間，只能以犧牲空間來換取時間了。

下面舉例說明如何最大限度的減少讀取次數(shù)。

#pragma pack(1)

struct node{

char f; int e; short int a; char b;};

struct node n;

printf("%d/n",sizeof(n));

這里強制按照1字節(jié)進行對齊，可以理解成所有的內(nèi)容都是按照1字節(jié)進行讀取（暫且這樣理解，因為這樣可以很好的理解內(nèi)存對其機制），其他所有的數(shù)據(jù)成員都是1字節(jié)的整數(shù)倍，所以也就不用進行內(nèi)存對其，各個成員在內(nèi)存中就按照實際順序進行排列，結(jié)構(gòu)體實際長度為8

#pragma pack(2)

struct node{

char f; int e; short int a; char b;};

struct node n;

printf("%d/n",sizeof(n));

這里強制按照2字節(jié)進行對齊。如果內(nèi)存分布仍然是連續(xù)的話，那么int e就得三次才能讀到CPU中，所以為了“講究”int e的讀取，所以在char f之后預(yù)留1BYTE，最后的char b也是如此，所以長度為10

#pragma pack(4)

struct node{

char f; int e; short int a; char b;};

struct node n;

printf("%d/n",sizeof(n));

這里強制按照4字節(jié)進行對齊。所以char f后要預(yù)留3BYTE，而short int a 和 char b可以一次讀取到CPU(按照4字節(jié)讀取)，所以長度為12