C/C++有效对齐值的确定

先来看看什么是对齐。现代计算机中内存空间都是按照字节（byte）划分的，从理论上讲似乎对任何类型的变量的访问可以从任何地址开始，但实际情况是在访问特定变量的时候经常在特定的内存地址访问，这就需要各类型数据按照一定的规则在空间上排列，而不是顺序地一个接一个地排放，这就是对齐。

一、相关概念

（1）数据类型自身对齐值：基本数据类型的自身所占空间大小。

（2）指定对齐值：使用#pragam pack(value)时，指定的对齐值value。

（3）结构体或类的自身对齐值：其中成员对齐值最大的那个值。

（4）结构体和类的有效对齐值：自身对其值和指定对其值中较小的那个值。

二、示例代码

1、示例一

32位机器上定义如下结构体：

struct xx
{
    long long _x1;
    char _x2;
    int _x3;
    char _x4[2];
    static int _x5;
};
int xx::_x5;

正确答案是24。

你做对了么？下面给出解释：

每个元素的起始偏移地址要能被其类型大小整除，结构体整体大小要能被结构体中最大数据类型整除。

结构体的有效对齐值的确定：

1. 当未明确指定时，以结构体中最长的成员的长度为其有效值
2. 当用#pragma pack(n)指定时，以n和结构体中最长的成员的长度中较小者为其值。
3. 当用__attribute__ ((__packed__))指定长度时，强制按照此值为结构体的有效对齐值

2、示例二

32位环境下,给定结构体

struct A
{
    char t:4;
    char k:4;
    unsigned short i:8;
    unsigned long m;
};

问 sizeof （ A ） =_____;

答案是8，这次你做对了么？

解析：变量后面加 :  然后加数字表示位域，也就是说着代表按位来存放的，不是按字节，这是计算机为了节约空间的一种方式。char 类型是一个字节(8个位)，又因为 t 和 k 加起来刚好8位，也就是一个字节，所以存储在一个位。然后 short 占一共16个位，需要从地址为2的倍数的位置存储，所以前边空出一个字节。又因为放了8个，剩下8个不够后面long存放，所以算两个字节。因为long在32是4个字节，所以一共 1 + 1 + 2 + 4 = 8。然后再进行结构体对齐，所以最终结果就是 8。

三、知识点

1、位域的sizeof

1. 如果相邻位域字段的类型相同，且其位宽之和小于类型的sizeof大小，则后面的字段将紧邻前一个字段存储，直到不能容纳为止； 
2. 如果相邻位域字段的类型相同，但其位宽之和大于类型的sizeof大小，则后面的字段将从新的存储单元开始，其偏移量为其类型大小的整数倍； 
3. 如果相邻的位域字段的类型不同，则各编译器的具体实现有差异，VC6采取不压缩方式，Dev-C++采取压缩方式； 
4. 如果位域字段之间穿插着非位域字段，则不进行压缩； 
5. 整个结构体的总大小为最宽基本类型成员大小的整数倍。

2、内存对齐的3大规则

1. 对于结构体的各个成员，第一个成员的偏移量是0，排列在后面的成员其当前偏移量必须是当前成员类型的整数倍
2. 结构体内所有数据成员各自内存对齐后，结构体本身还要进行一次内存对齐，保证整个结构体占用内存大小是结构体内最大数据成员的最小整数倍
3. 如程序中有#pragma pack(n)预编译指令，则所有成员对齐以n字节为准(即偏移量是n的整数倍)，不再考虑当前类型以及最大结构体内类型

作者：耑新新，发布于  博客园

转载请注明出处，欢迎邮件交流：zhuanxinxin@aliyun.com