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【C】C語言記憶體位元組對齊

原博地址:https://blog.csdn.net/andy572633/article/details/7213465首先說說為什麼要對齊。為了提高效率,計算機從記憶體中取資料是按照一個固定長度的。以32位機為例,它每次取32個位,也就是4個位元組(每位元組8個位,計算機基礎知識,別說不知道)。位元組對齊有什麼好處?以int型資料為例,如果它在記憶體中存放的位置按4位元組對齊,也就是說1個int的資料全部落在計算機一次取數的區間內,那麼只需要取一次就可以了。如圖a-1。如果不對齊,很不巧,這個int資料剛好跨越了取數的邊界,這樣就需要取兩次才能把這個int的資料全部取到,這樣效率也就降低了。

                          

圖:a-1                                    

  

    圖:a-2

記憶體對齊是會浪費一些空間的。但是這種空間上得浪費卻可以減少取數的時間。這是典型的一種以空間換時間的做法。空間與時間孰優孰略這個每個人都有自己的看法,但是C語言既然採取了這種以空間換時間的策略,就必然有它的道理。況且,在儲存器越來越便宜的今天,這一點點的空間上的浪費就不算什麼了。

需要說明的是,位元組對齊不同的編譯器可能會採用不同的優化策略,以下以GCC為例講解結構體的對齊.

一、原則:

1.結構體內成員按自身按自身長度自對齊

自身長度,如char=1,short=2,int=4,double=8,。所謂自對齊,指的是該成員的起始位置的記憶體地址必須是它自身長度的整數倍。

如int只能以0,4,8這類的地址開始

2.結構體的總大小為結構體的有效對齊值的整數倍

結構體的有效對齊值的確定:

1)當未明確指定時,以結構體中最長的成員的長度為其有效值

2)當用#pragma pack(n)指定時,以n和結構體中最長的成員的長度中較小者為其值。

3)當用__attribute__ ((__packed__))指定長度時,強制按照此值為結構體的有效對齊值

二、例子

1。

struct AA{

    char a;

    int b;

    char c; 

}aa;

結果,sizeof(aa)=12

何解?首先假設結構體記憶體起始地址為0,那麼地址的分佈如下

0  a

1  

2

3

4  b

5  b

6  b

7  b

8  c

9

10

11

char的字對齊長度為1,所以可以在任何地址開始,但是,int自對齊長度為4,必須以4的倍數地址開始。所以,儘管1-3空著,但b也只能從4開始。再加上c後,整個結構體的總長度為9,結構體的有效對齊值為其中最大的成員即int的長度4,所以,結構體的大小向上擴充套件到12,即9-11的地址空著。

2.

struct AA{

    char a;

char c; 

    int b;    

}aa;

sizeof(aa)=8,為什麼呢

0  a

1  c

2

3

4  b

5  b

6  b

7  b

因為c為char型別,字對齊長度為1,所以可以有效的利用1-3間的空格。看見了吧,變數定義的位置的不同時有可能影響結構體的大小的哦!

3.

#pragma pack(2)

struct AA{

    char a;

    int b;

    char c; 

}aa;

sizeof(aa)=10,

為什麼呢?a到c只佔9位元組長度,因為結構體的有效對齊長度在pack指定的2和int的4中取

較小的值2。故取2的倍數10。

如果當pack指定為8呢?那就仍然按4來對齊,結果仍然是12。

4.

struct AA{

    char a;

    int b;

    char c; 

}__attribute__((__8__))aa;

sizeof(aa)=16

為咩?其實a到c仍然只佔9位元組長度,但結構體以8對齊,故取8的倍數16.

如果其指定2,則結果為10

如果pragma pack和__attribute__
同時指定呢?以__attribute__ 的為準。

需要說明的是,不管pragma
pack和__attribute__如何指定,結構體內部成員的自對齊仍然按照其自身的對齊值。

另外,不同的編譯器可能會對記憶體的分佈進行優化,

例如有些編譯器會把例題1中的程式優化成例題2的樣子。但這屬於編譯器的問題,

這裡不做詳細討論。如果要作為程式設計的參考的話,最好當做編譯器不會做優化,

儘量在保持程式碼清晰的情況下,自己手動將例題1優化成例題2的樣子。

如果是做題的話,按照以上原則做就可以了,不用考慮不同編譯器的特性。
struct Inventory
{
     char description[15] ;     //貨物名稱
     char  no[10] ;         //貨號
     int quantity ;          //庫存數量
     double cost ;           //成本
     double retail ;         //零售價格
};	//sizeof:48

struct Employee
{
	char name[27] ;       //員工姓名
	char address[30] ;    //家庭住址
	long int zip ;        //郵政編碼 long long 
	long int telenum ;     //聯絡電話
	double salary ;  //工資
};     //80

struct Mail
{
    char  address[30] ;     //地址
	long int zip ;          //郵政編碼
	long int telenum ;    //電話號碼
};     //40

struct Employee2
{
	char name[25] ;   //員工姓名
	Mail addinfo ;    //結構作為成員,巢狀
	double salary ;   //工資
};     //80