CC++ 内存对齐

我们通过一系列例子的详细说明来证明这个规则吧!

我试验用的编译器包括GCC 3.4.2和VC6.0的C编译器，平台为Windows XP + Sp2。

我们将用典型的struct对齐来说明。首先我们定义一个struct：

#pragma pack(n) /* n = 1, 2, 4, 8, 16 */

struct test_t {

int a;

char b;

short c;

char d[6];

};

#pragma pack(n)

首先我们首先确认在试验平台上的各个类型的size，经验证两个编译器的输出均为：

sizeof(char) = 1

sizeof(short) = 2

sizeof(int) = 4

我们的试验过程如下：通过#pragma pack(n)改变“对齐系数”，然后察看sizeof(struct test_t)的值。

1、1字节对齐(#pragma pack(1))

输出结果：sizeof(struct test_t) = 13[两个编译器输出一致]

分析过程：

1) 成员数据对齐

#pragma pack(1)

struct test_t {

int a; /* int型，长度4 > 1 按1对齐；起始offset=0 0%1=0；存放位置区间[0,3] */

char b; /* char型，长度1 = 1 按1对齐；起始offset=4 4%1=0；存放位置区间[4] */

short c; /* short型，长度2 > 1 按1对齐；起始offset=5 5%1=0；存放位置区间[5,6] */

char d[6]; /* char型，长度1 = 1 按1对齐；起始offset=7 7%1=0；存放位置区间[7,C] */

};/*char d[6]要看成6个char型变量*/

#pragma pack()

成员总大小=13

2) 整体对齐

整体对齐系数 = min((max(int,short,char), 1) = 1

整体大小(size)=$(成员总大小) 按 $(整体对齐系数) 圆整 = 13 /*13%1=0*/ [注1]

2、2字节对齐(#pragma pack(2))

输出结果：sizeof(struct test_t) = 14 [两个编译器输出一致]

分析过程：

1) 成员数据对齐

#pragma pack(2)

struct test_t {

int a; /* int型，长度4 > 2 按2对齐；起始offset=0 0%2=0；存放位置区间[0,3] */

char b; /* char型，长度1 < 2 按1对齐；起始offset=4 4%1=0；存放位置区间[4] */

short c; /* short型，长度2 = 2 按2对齐；起始offset=6 6%2=0；存放位置区间[6,7] */

char d[6]; /* char型，长度1 < 2 按1对齐；起始offset=8 8%1=0；存放位置区间[8,D] */

};

#pragma pack()

成员总大小=14

2) 整体对齐

整体对齐系数 = min((max(int,short,char), 2) = 2

整体大小(size)=$(成员总大小) 按 $(整体对齐系数) 圆整 = 14 /* 14%2=0 */

3、4字节对齐(#pragma pack(4))

输出结果：sizeof(struct test_t) = 16 [两个编译器输出一致]

分析过程：

1) 成员数据对齐

#pragma pack(4)

struct test_t {

int a; /* int型，长度4 = 4 按4对齐；起始offset=0 0%4=0；存放位置区间[0,3] */

char b; /* char型，长度1 < 4 按1对齐；起始offset=4 4%1=0；存放位置区间[4] */

short c; /*short型， 长度2 < 4 按2对齐；起始offset=6 6%2=0；存放位置区间[6,7] */

char d[6]; /* char型，长度1 < 4 按1对齐；起始offset=8 8%1=0；存放位置区间[8,D] */

};

#pragma pack()

成员总大小=14

2) 整体对齐

整体对齐系数 = min((max(int,short,char), 4) = 4

整体大小(size)=$(成员总大小) 按 $(整体对齐系数) 圆整 = 16 /*16%4=0*/

4、8字节对齐(#pragma pack(8))

输出结果：sizeof(struct test_t) = 16 [两个编译器输出一致]

分析过程：

1) 成员数据对齐

#pragma pack(8)

struct test_t {

int a; /* int型，长度4 < 8 按4对齐；起始offset=0 0%4=0；存放位置区间[0,3] */

char b; /* char型，长度1 < 8 按1对齐；起始offset=4 4%1=0；存放位置区间[4] */

short c; /* short型，长度2 < 8 按2对齐；起始offset=6 6%2=0；存放位置区间[6,7] */

char d[6]; /* char型，长度1 < 8 按1对齐；起始offset=8 8%1=0；存放位置区间[8,D] */

};

#pragma pack()

成员总大小=14

2) 整体对齐

整体对齐系数 = min((max(int,short,char), 8) = 4

整体大小(size)=$(成员总大小) 按 $(整体对齐系数) 圆整 = 16 /*16%4=0*/

5、16字节对齐(#pragma pack(16))

输出结果：sizeof(struct test_t) = 16 [两个编译器输出一致]

分析过程：

1) 成员数据对齐

#pragma pack(16)

struct test_t {

int a; /* int型，长度4 < 16 按4对齐；起始offset=0 0%4=0；存放位置区间[0,3] */

char b; /* char型，长度1 < 16 按1对齐；起始offset=4 4%1=0；存放位置区间[4] */

short c; /* short型，长度2 < 16 按2对齐；起始offset=6 6%2=0；存放位置区间[6,7] */

char d[6]; /* char型，长度1 < 16 按1对齐；起始offset=8 8%1=0；存放位置区间[8,D] */

};

#pragma pack()

成员总大小=14

2) 整体对齐

整体对齐系数 = min((max(int,short,char), 16) = 4

整体大小(size)=$(成员总大小) 按 $(整体对齐系数) 圆整 = 16 /*16%4=0*/




基本结论

8字节和16字节对齐试验证明了“规则”的第3点：“当#pragma pack的n值等于或超过所有数据成员长度的时候，这个n值的大小将不产生任何效果”。另外内存对齐是个很复杂的东西，读者不妨把上述结构体中加个double型成员进去练习一下，上面所说的在有些时候也可能不正确。呵呵^_^

[注1]

什么是“圆整”？

举例说明：如上面的8字节对齐中的“整体对齐”，整体大小=9 按 4 圆整 = 12

圆整的过程：从9开始每次加一，看是否能被4整除，这里9，10，11均不能被4整除，到12时可以，则圆整结束。

上面文字表述太不直观了，鄙人给段代码直观的体现出来，代码如下：

#pragma pack(4) /* n = 1, 2, 4, 8, 16 */
　　struct test_t{
　　int a;
　　char b;
　　short c;
　　char d[6];
　　}ttt;
　　void print_hex_data(char *info, char *data, int len)
　　{
　　int i;
　　dbg_printf("%s:

", info);
　　for(i = 0; i < len; i++){
　　dbg_printf("%02x ", (unsigned char)data[i]);
　　if (0 == ((i+1) % 32))
　　dbg_printf("
");
　　}
　　dbg_printf("

");
　　}
　　int main()
　　{
　　ttt.a = 0x1a2a3a4a;
　　ttt.b = 0x1b;
　　ttt.c = 0x1c2c;
　　char *s = "123456";
　　memcpy(ttt.d, s, 6);
　　print_hex_data("struct_data", (char *)&ttt, sizeof(struct test_t));
　　return 0;
　　}

#pragma pack(1)的结果：

4a 3a 2a 1a 1b 2c 1c 31 32 33 34 35 36

#pragma pack(2)的结果：

4a 3a 2a 1a 1b 00 2c 1c 31 32 33 34 35 36

#pragma pack(4)的结果：

4a 3a 2a 1a 1b 00 2c 1c 31 32 33 34 35 36 00 00

#pragma pack(8)的结果：

4a 3a 2a 1a 1b 00 2c 1c 31 32 33 34 35 36 00 00

#pragma pack(16)的结果：

4a 3a 2a 1a 1b 00 2c 1c 31 32 33 34 35 36 00 00