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結構體、聯合體和位斷的記憶體對齊問題

記憶體對齊的原因:

1.平臺原因

   不是所有硬體平臺都可以訪問任意地址上的任意資料;

   某些硬體平臺只能在某些地址處取某些特定型別的資料,否則丟擲硬體異常。

2.效能原因

  資料結構(尤其是棧)應該儘可能的在自然邊界上對齊。

  原因在於在訪問未對齊的記憶體時,處理器需要進行兩次記憶體訪問;而對齊的記憶體訪問僅需要一次。

結構體(struct)記憶體對齊規則:

1.第一個成員在與結構體變數偏移量為0的地址處。

2.其它成員變數要對齊到某個數字(對齊數)的整數倍的地址處。

   //對齊數=編譯器預設的一個對齊數與該成員大小的一個較小值

   Vs中預設的對齊數是8

   Linux中預設的對齊數是

4

3結構體總大小:最大對齊數每個成員變數的除了第一個成員都有一個對對齊數)的整數倍。每個成員變數在對    齊之後,把成員大小加起來,再擴大到最大對齊數的整數倍

4.如果嵌套了結構體的情況,巢狀的結構體對齊到自己的最大對齊數的整數倍處,結構體的整體大小就是所有對齊數  (含巢狀結構體的對齊數)的整數倍。

聯合體(union)的記憶體對齊規則

1.聯合體也是一個結構,聯和體是共享記憶體的。

2.所以的聯合體的內部成員起始地址都是一樣的,都是聯合體的首地址。

3.它的對齊方式要適應所有成員。

4.該空間必須足夠容納最寬成員。

5.聯合體的對齊數為最大成員的對齊數。

位斷(struct

)的記憶體對齊規則:

1.如果相鄰位域欄位的型別相同,且其位寬之和小於sizeoftype)的大小,則後面的欄位緊鄰前一個位元組儲存,直到  容納不下為止;基本成員是連續儲存的,若這個單元空間放不下下一個成員,則新開闢一個單元空間,這樣可以節  省記憶體空間。

2.如果相鄰位域欄位的型別相同,但其位寬之和大於sizeoftype)的大小,則後面的欄位將從新的單元開始,偏移量  為其型別大小的整數倍。

3.如果相鄰位域欄位的型別不相同,則各編譯器的實現有差異,vc6採取不壓縮方式,Dev-c++採取壓縮。

4.如果位域欄位之間穿插著非位域欄位,則不進行壓縮。

5.結構體的總大小為最大對齊數的整數倍。因為位斷成員必須宣告為

intsigned intunsigned int型別,因此結構體的  大小都是4的整數倍。

下面我們看一個程式碼,通過以上規則計算其大小結構體,位斷,聯合體的大小:

    在計算之前,我們首先需要明確的是各個資料成員的對齊模數,對齊模數和資料成員本身的長度以及pragma pack()編譯引數有關,#pragma  packn) 可以設定對對齊數,編譯器支援往比預設對齊數小的數調。對齊數=編譯器預設的一個對齊數與該成員大小的一個較小值如果程式沒有明確指出,就需要知道編譯器預設的對齊模數值。

下表是Windows XP/DEV-C++Linux/GCC中基本資料型別的長度和預設對齊模數。 

char

short

int

long

float

double

long long

long double

Win-32

長度

1

2

4

4

4

8

8

8

模數

1

2

4

4

4

8

8

8

Linux-32

長度

1

2

4

4

4

8

8

12

模數

1

2

4

4

4

4

4

4

Linux-64

長度

1

2

4

8

4

8

8

16

模數

1

2

4

8

4

8

8

16

#include<stdio.h>
#include<windows.h>

#pragma pack(4)    //預設對齊數為4

struct A{
	char a1;    //1+3  char佔1個位元組,double要對齊到4的整數倍處,所以1+3對其到4
	double a2;  //8
	int a3;     //4
};             //結構體總大小:16   對齊數:4

union un{
	char b1;     //1
	struct A b2; //16
	int b3;      //4
};             //聯合體總大小:16   對齊數為:4(最大成員的對齊數)

struct B{
	unsigned int c1 : 4;            //4
	unsigned int c2 : 31; //位域    //4
	unsigned int c3 ;    //非位域   //4
	unsigned int c4 : 1;            //4
};              //位斷的總大小:16   對齊數:4
 
struct obj{
	double d1;     //8
	char d2;       //1+3
	union un d3;   //16 使1+3對齊到12,即4的整數倍
	struct B d4;   //16
	char d5;       //1+3 使1+3對齊到48,即4的整數倍
	struct C{
		struct B e1;//16
		char e2;    //1+3 使1+3對齊到20,即4的整數倍
		double e3;  //8
	};           //總大小:28   對齊數:4
	char d6;     //1+3
};               //結構體obj的總大小:80(使1+3對齊到80,即4的整數倍)  最大對齊數:4
int main()
{
	printf("%d\n", sizeof(struct obj));  //結構體obj的總大小:80
	system("pause");
	return 0;
}