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
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
1.如果相鄰位域欄位的型別相同,且其位寬之和小於sizeof(type)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sizeof(type)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
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 pack(n) 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++和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;
}