C语言 -- 内存对齐

内存对齐

主要内容：

　　1. 结构体内存对齐规则

　　2. 内存对齐规则的探讨

　　3. 为什么需要内存对齐

1. 结构体内存对齐规则

2. 内存对齐规则的探讨

2.1 用例代码

struct s1{
    char a;
    int b;
    double c;
};
void test(){
    s1 a;
    printf("struct sizeof : %d
", sizeof(a));
};

　　测试结果:

　　　　

　　根据内存对齐规则对结果进行分析

　　　　变量a是char类型，且为首成员变量，对齐到结构体内存地址的首地址处

　　　　变量b是int类型，根据第二个规则，可得 对齐数 = (4 < 8) = 4，所以对齐到结构体内存地址为4的地址处

　　　　变量c是double类型，同上，可得 对齐数 = (8 = 8) = 8，所以对齐到结构体内存地址为8的地址处

　　　　从图中可以清晰看出，结构体每个变量的内存使用情况。现在结构体已经占用了16个字节，那么总结构体的大小为最大对齐数的整数倍，最大对齐数为8(c是double类型，对齐数为8)，16刚好是8的整数倍，即结构体大小为16

2.2 尝试变换一下结构体成员位置

struct s2{
    double a;
    char b;
    int c;
};
void test(){
    s2 b;
    printf("struct sizeof : %d
", sizeof(b));
}

　　测试结果：

　　  

　　发现和上面测试结果一样，但看下内存占用情况，内存使用情况发生了改变

 

 2.3 再次变换一下结构体成员

struct s3{
    double a;
    int b;
    char c;
};
void test(){
    s3 c;
    printf("struct sizeof : %d
", sizeof(c));
}

　　测试结果：

　　　　

 　　发现测试结果和上面还是一样，再来看看内存使用情况

　　

　　此时，结构体成员占用的内存空间为13个字节，但根据内存对齐规则：结构体总的大小为最大对齐数的整数倍

　　当前最大对齐数为8，13不是8的整数倍，所以输出结果为16

2.4 如果结构体嵌套使用呢？

struct s3{
    double a;
    int b;
    char c;
}
struct s4{
    char c1;
    s3 a;
}

　　测试结果:

　　　　

　　根据内存对其规则：如果嵌套结构体,嵌套的结构体对齐到自己的最大对齐数的整数倍处,结构体的整体大小就是所有最大对齐数(包括嵌套结构体的对齐数)的整数倍

　　分析结构体成员的内存占用情况

　　

 　　此时，结构体成员总共占用了21个字节，根据内存对齐规则可知，结构体的大小为24

2.5 对s4中成员和嵌套的结构体进行换位

struct s3{
    double a;
    int b;
    char c;
}
struct s4{
    s3 a;
    char c1;
}

　　测试结果：

　　　　

 　　分析内存占用情况：

 　　总计占用13个字节，最大对齐数为8，所以结构体总的大小为16

3. 为什么需要内存对齐

1. 平台原因(移植原因)：

   不是所有的硬件平台都能访问任意地址的任意数据的；某些平台只能在某些地址处取某些特定类型的数据

2. 性能原因：

   数据结构尤其是栈应该尽可能在自然边界上对齐。原因在于，为了访问未对齐的内存，处理器需要做两次访问内存;而对齐的内存访问仅需要一次访问。

3. 缺点：存在效率问题，这是一种以空间换时间的做法，但这种做法是值得的