C進階之：記憶體對齊
什麼是記憶體對齊？
記憶體對齊可以用一句話來概括：
“資料項只能儲存在地址是資料項大小的整數倍的記憶體位置上”。例如int型別佔用4個位元組，地址只能在0，4，8等位置上。
不同型別的資料在記憶體中按照一定的規則排列，而不一定是順序的一個接一個的排列，這就是所謂的記憶體對齊。如下Test1和Test2所佔的記憶體空間是不同的。
struct Test1
{
char c1;
short s;
char c2;
int i;
}:
struct Test2
{
char c1;
char c2;
short s;
int i;
};
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為什麼需要記憶體對齊？
CPU對記憶體的讀取不是連續的，而是分成塊讀取的，塊的大小隻能是1、2、4、8、16..位元組；當讀取操作的資料未對齊，則需要兩次匯流排週期來訪問記憶體，因此效能會大打折扣；某些硬體平臺只能從規定的相對地址處讀取特定型別的資料，否則產生硬體異常。
記憶體對齊目的：是為了對齊資料以提高儲存器的效能，加快記憶體的讀取速度，提高定址效率。
#pragma pack用於指定記憶體對齊方式
#pragma pack能夠改變編譯器的預設對齊方式
1
2
struct佔用的記憶體大小的計算方法：
A,第一個成員起始於0偏移處。
B,每個成員按其型別大小和pack引數中較小的一個進行對齊（偏移地址必須能被對齊引數整除；結構體成員的大小取其內部長度最大的資料成員作為其大小）。
C,結構體總長度必須為所有對齊引數的整數倍。編譯器在預設情況下按照4位元組對齊。
#pragma pack(4)
struct Test1
{ //對齊引數 偏移地址 大小
char c1; // 1 0 1 (1 < 4 所以對齊引數是1)
short s; // 2 2 2 (2 < 4 所以對齊引數是2；偏移地址必須能被對齊引數整除，所以偏移地址是2)
char c2; // 1 4 1 (1 < 4 所以對齊引數是1；偏移地址必須能被對齊引數整除，所以偏移地址是4)
int i; // 4 8 4 (4 = 4 所以對齊引數是4；偏移地址必須能被對齊引數整除，所以偏移地址是8)
};
// 所以結構體總的記憶體大小為：8 + 4 = 12
// 驗算：12是1，2，4的整數倍，滿足：結構體總長度必須為所有對齊引數的整數倍。
#pragma pack()
#pragma pack(4)
struct Test2
{ // 對齊引數 偏移地址 大小
char c1; // 1 0 1
char c2; // 1 1 1
short s; // 2 2 2
int i; // 4 4 4
};
// 所以結構體總的記憶體大小為：4 + 4 = 8
// 驗算：8是1，2，4的整數倍，滿足：結構體總長度必須為所有對齊引數的整數倍。
#pragma pack()
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例項：結構體大小計算
練習一：
#pragma pack(1)
struct Test1
{ // 對齊引數 偏移地址 大小
char c1; // 1 0 1
short s; // 1 1 2
char c2; // 1 3 1
int i; // 1 4 4
}:
#pragma pack()
#pragma pack(1)
struct Test2
{ // 對齊引數 偏移地址 大小
char c1; // 1 0 1
char c2; // 1 1 1
short s; // 1 2 2
int i; // 1 4 4
};
#pragma pack()
sizeof(struct Test1) = 8
sizeof(struct Test2) = 8
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練習二：
#include <stdio.h>
#pragma pack(2)
struct Test1
{ // 對齊引數 偏移地址 大小
char c1; // 1 0 1
short s; // 2 2 2
char c2; // 1 4 1
int i; // 2 6 4
};
// 所以結構體總的記憶體大小為：6 + 4 = 10
// 驗算：10是1，2的整數倍，滿足：結構體總長度必須為所有對齊引數的整數倍。
#pragma pack()
#pragma pack(4)
struct Test2
{ // 對齊引數 偏移地址 大小
char c1; // 1 0 1
char c2; // 1 1 1
short s; // 2 2 2
int i; // 4 4 4
};
// 所以結構體總的記憶體大小為：4 + 4 = 8
// 驗算：8是1，2，4的整數倍，滿足：結構體總長度必須為所有對齊引數的整數倍。
#pragma pack()
int main()
{
printf("sizeof(Test1) = %d\n", sizeof(struct Test1));
printf("sizeof(Test2) = %d\n", sizeof(struct Test2));
return 0;
}
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練習三：
#include <stdio.h>
#pragma pack(8)
struct S1
{ // 對齊引數 偏移地址 大小
short a; // 2 0 2
long b; // 4 4 4 8
};
struct S2 // ( 結構體成員的大小取其內部長度最大的資料成員作為其大小 )
{ // 對齊引數 偏移地址 大小
char c; // 1 0 1
struct S1 d; // 4 4 8
double e; // 8 （4） 16 （12） 8 24
};
// 結構體成員的大小取其內部長度最大的資料成員4; 4 < 8 所以對齊引數是4。上面已算出struct S1 d的大小為8.
// 注意：gcc不支援8位元組對齊，#pragma pack(8) ; 所以結果應該是12 + 8 = 20
#pragma pack()
int main()
{
printf("%d\n", sizeof(struct S1));
printf("%d\n", sizeof(struct S2));
return 0;
}
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記憶體對齊之結構體中新增位段：
struct B
{
char c1:6;
char c2:1;
int in:16;
};
// sizeof (b) = 4
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標記 c1,c2,in 分別需要 6位 1位 16位 一個位元組8位
補充說明：
struct packed_struct
{
unsigned intf1 :1;
unsigned intf2 :1;
unsigned intf3 :1;
unsigned inttype :4;
unsigned intindex :7;
};
// sizeof(structpackd_struct) = 4
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當位段出現在結構定義中時, 至少會佔用等同於unsigned int型別的空間，當所有的位段之和超出，分配另一個unsignedint空間。unsigned char或者其他型別不必考慮。
/**************************列舉型別***************************/
struct A
{
enum a
{
INDEX1,
INDEX2,
INDEX3,
};
} a ;
// sizeof(a) = 0 列舉是型別不是變數不分配變數
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/**************************聯合體****************************/
union B
{
short s1;
char c2;
short s2;
int in;
} b ;
union B
{
short s1:6;
char c2:1;
short s2:15;
int in:16;
} b ;
// 兩個聯合體 sizeof(b) 均為4
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作者：碼農u號
來源：CSDN
原文：https://blog.csdn.net/qq_29545231/article/details/77447672
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