一.內(nèi)存對(duì)齊的初步解說 內(nèi)存對(duì)齊能夠用一句話來概括： “數(shù)據(jù)項(xiàng)僅僅能存儲(chǔ)在地址是數(shù)據(jù)項(xiàng)大小的整數(shù)倍的內(nèi)存位置上” 比如int類型占用4個(gè)字節(jié)，地址僅僅能在0，4，8等位置上。

例1： #include <stdio.h>
struct xx{
??????? char b;
??????? int a;
??????? int c;
??????? char d;
}; int main()
{
??????? struct xx bb;
??????? printf("&a = %p\n", &bb.a);
??????? printf("&b = %p\n", &bb.b);
??????? printf("&c = %p\n", &bb.c);
??????? printf("&d = %p\n", &bb.d);
??????? printf("sizeof(xx) = %d\n", sizeof(struct xx)); return 0;
} 運(yùn)行結(jié)果例如以下： &a = ffbff5ec
&b = ffbff5e8
&c = ffbff5f0
&d = ffbff5f4
sizeof(xx) = 16 會(huì)發(fā)現(xiàn)b與a之間空出了3個(gè)字節(jié)。也就是說在b之后的0xffbff5e9,0xffbff5ea,0xffbff5eb空了出來，a直接存儲(chǔ)在了0xffbff5ec。 由于a的大小是4。僅僅能存儲(chǔ)在4個(gè)整數(shù)倍的位置上。打印xx的大小會(huì)發(fā)現(xiàn)，是16。有些人可能要問，b之后空出了3個(gè)字節(jié)，那也應(yīng)該是13啊？其余的3個(gè) 呢？這個(gè)往后閱讀本文會(huì)理解的更深入一點(diǎn)，這里簡(jiǎn)單說一下就是d后邊的3個(gè)字節(jié)。也會(huì)浪費(fèi)掉。也就是說，這3個(gè)字節(jié)也被這個(gè)結(jié)構(gòu)體占用了. 能夠簡(jiǎn)單的改動(dòng)結(jié)構(gòu)體的結(jié)構(gòu)。來減少內(nèi)存的使用，比如能夠?qū)⒔Y(jié)構(gòu)體定義為：
struct xx{
??????? char b;?
??????? char d;
??????? int a;??????????
??????? int c;??????????????????
}; 這樣打印這個(gè)結(jié)構(gòu)體的大小就是12。省了非常多空間，能夠看出。在定義結(jié)構(gòu)體的時(shí)候。一定要考慮要內(nèi)存對(duì)齊的影響，這樣能使我們的程序占用更小的內(nèi)存。

二.操作系統(tǒng)的默認(rèn)對(duì)齊系數(shù) 每 個(gè)操作系統(tǒng)都有自己的默認(rèn)內(nèi)存對(duì)齊系數(shù)，假設(shè)是新版本號(hào)的操作系統(tǒng)，默認(rèn)對(duì)齊系數(shù)一般都是8，由于操作系統(tǒng)定義的最大類型存儲(chǔ)單元就是8個(gè)字節(jié)，比如 long long（為什么一定要這樣。在第三節(jié)會(huì)解說）。不存在超過8個(gè)字節(jié)的類型（比如int是4，char是1，long在32位編譯時(shí)是4，64位編譯時(shí)是 8）。當(dāng)操作系統(tǒng)的默認(rèn)對(duì)齊系數(shù)與第一節(jié)所講的內(nèi)存對(duì)齊的理論產(chǎn)生沖突時(shí)。以操作系統(tǒng)的對(duì)齊系數(shù)為基準(zhǔn)。

比如： 如果操作系統(tǒng)的默認(rèn)對(duì)齊系數(shù)是4，那么對(duì)與long long這個(gè)類型的變量就不滿足第一節(jié)所說的，也就是說long long這樣的結(jié)構(gòu)，能夠存儲(chǔ)在被4整除的位置上，也能夠存儲(chǔ)在被8整除的位置上。 能夠通過#pragma pack()語句改動(dòng)操作系統(tǒng)的默認(rèn)對(duì)齊系數(shù)，編敲代碼的時(shí)候不建議改動(dòng)默認(rèn)對(duì)齊系數(shù)，在第三節(jié)會(huì)解說原因 例2： #include <stdio.h>
#pragma pack(4)
struct xx{
??????? char b;
??????? long long a;
??????? int c;
??????? char d;
};
#pragma pack() int main()
{
??????? struct xx bb;
??????? printf("&a = %p\n", &bb.a);
??????? printf("&b = %p\n", &bb.b);
??????? printf("&c = %p\n", &bb.c);
??????? printf("&d = %p\n", &bb.d);
??????? printf("sizeof(xx) = %d\n", sizeof(struct xx)); return 0;
}
打印結(jié)果為： &a = ffbff5e4
&b = ffbff5e0
&c = ffbff5ec
&d = ffbff5f0
sizeof(xx) = 20 發(fā)現(xiàn)占用8個(gè)字節(jié)的a，存儲(chǔ)在了不能被8整除的位置上。存儲(chǔ)在了被4整除的位置上。採取了操作系統(tǒng)的默認(rèn)對(duì)齊系數(shù)。 三.內(nèi)存對(duì)齊產(chǎn)生的原因
內(nèi)存對(duì)齊是操作系統(tǒng)為了高速訪問內(nèi)存而採取的一種策略，簡(jiǎn)單來說，就是為了放置變量的二次訪問。操作系統(tǒng)在訪問內(nèi)存 時(shí)，每次讀取一定的長(zhǎng)度（這個(gè)長(zhǎng)度就是操作系統(tǒng)的默認(rèn)對(duì)齊系數(shù)，或者是默認(rèn)對(duì)齊系數(shù)的整數(shù)倍）。假設(shè)沒有內(nèi)存對(duì)齊時(shí)，為了讀取一個(gè)變量是，會(huì)產(chǎn)生總線的二 次訪問。 比如如果沒有內(nèi)存對(duì)齊。結(jié)構(gòu)體xx的變量位置會(huì)出現(xiàn)例如以下情況： struct xx{
??????? char b;???????? //0xffbff5e8
??????? int a;??????????? //0xffbff5e9???????
??????? int c;???????????? //0xffbff5ed??????
??????? char d;???????? //0xffbff5f1
}; 操作系統(tǒng)先讀取0xffbff5e8-0xffbff5ef的內(nèi)存，然后在讀取0xffbff5f0-0xffbff5f8的內(nèi)存，為了獲得值c，就須要將兩組內(nèi)存合并，進(jìn)行整合。這樣嚴(yán)重減少了內(nèi)存的訪問效率。（這就涉及到了老生常談的問題，空間和效率哪個(gè)更重要？這里不做討論）。 這樣大家就能理解為什么結(jié)構(gòu)體的第一個(gè)變量，無論類型怎樣，都是能被8整除的吧（由于訪問內(nèi)存是從8的整數(shù)倍開始的，為了添加讀取的效率）！
內(nèi)存對(duì)齊的問題主要存在于理解struct等復(fù)合結(jié)構(gòu)在內(nèi)存中的分布。 首先要明確內(nèi)存對(duì)齊的概念。

很多實(shí)際的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)基本類型數(shù)據(jù)在內(nèi)存中存放的位置有限制。它們會(huì)要求這些數(shù)據(jù)的首地址的值是某個(gè)數(shù)k(通常它為4或8)的倍數(shù)。這就是所謂的內(nèi)存對(duì)齊。

這個(gè)k在不同的cpu平臺(tái)下，不同的編譯器下表現(xiàn)也有所不同。比方32位字長(zhǎng)的計(jì)算機(jī)與16位字長(zhǎng)的計(jì)算機(jī)。這個(gè)離我們有些遠(yuǎn)了。

我們的開發(fā)主要涉及兩大平臺(tái)。windows和linux（unix）。涉及的編譯器也主要是microsoft編譯器(如cl),和gcc。

內(nèi)存對(duì)齊的目的是使各個(gè)基本數(shù)據(jù)類型的首地址為相應(yīng)k的倍數(shù)，這是理解內(nèi)存對(duì)齊方式的終極法寶。另外還要區(qū)分編譯器的分別。

明確了這兩點(diǎn)基本上就能搞定全部?jī)?nèi)存對(duì)齊方面的問題。

不同編譯器中的k：
1、對(duì)于microsoft的編譯器，每種基本類型的大小即為這個(gè)k。大體上char類型為8。int為32，long為32。double為64。
2、對(duì)于linux下的gcc編譯器，規(guī)定大小小于等于2的。k值為其大小，大于等于4的為4。 明確了以上的說明對(duì)struct等復(fù)合結(jié)構(gòu)的內(nèi)存分布就應(yīng)該非常清楚了。 以下看一下最簡(jiǎn)單的一個(gè)類型：struct中成員都為基本數(shù)據(jù)類型。比如：
struct test1
{
char a;
short b;
int c;
long d;
double e;
}; 在windows平臺(tái)，microsoft編譯器下： 如果從0地址開始，首先a的k值為1，它的首地址能夠使任何位置。所以a占用第一個(gè)字節(jié)。即地址0；然后b的k值為2，他的首地址必須是2的倍數(shù)，不能是1，所以地址1那個(gè)字節(jié)被填充。b首地址為地址2，占用地址2，3；然后到c，c的k值為4，他的首地址為4的倍數(shù)。所以首地址為4，占用地址4，5。6。7。再然后到d，d的k值也為4。所以他的首地址為8，占用地址8，9。10，11。

最后到e，他的k值為8。首地址為8的倍數(shù)，所以地址12，13，14。15被填充。他的首地址應(yīng)為16，占用地址16-23。顯然其大小為24。

這就是 test1在內(nèi)存中的分布情況。我們建立一個(gè)test1類型的變量，a、b、c、d、e分別賦值2、4、8、16、32。

然后從低地址依次打印出內(nèi)存中每一個(gè)字節(jié)相應(yīng)的16進(jìn)制數(shù)為：
2 0 4 0 8 0 0 0 10 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 40 40

驗(yàn)證：
顯然判斷是正確的。

在linux平臺(tái)，gcc編譯器下：
如果從0地址開始。首先a的k值為1，它的首地址能夠使任何位置，所以a占用第一個(gè)字節(jié)。即地址0。然后b的k值為2，他的首地址必須是2的倍數(shù)。不能是1。所以地址1那個(gè)字節(jié)被填充，b首地址為地址2，占用地址2。3；然后到c。c的k值為4。他的首地址為4的倍數(shù)，所以首地址為4。占用地址4。5，6。7；再然后到d，d的k值也為4。所以他的首地址為8，占用地址8，9。10。11。

最后到e，從這里開始與microsoft的編譯器開始有所差異，他的k值為不是8，仍然是4，所以其首地址是12，占用地址12-19。顯然其大小為20。

驗(yàn)證：
我們建立一個(gè)test1類型的變量。a、b、c、d、e分別賦值2、4、8、16、32。

然后從低地址依次打印出內(nèi)存中每一個(gè)字節(jié)相應(yīng)的16進(jìn)制數(shù)為：
2 0 4 0 8 0 0 0 10 0 0 0 0 0 0 0 0 0 40 40

顯然判斷也是正確的。 接下來，看一看幾類特殊的情況。為了避免麻煩。不再描寫敘述內(nèi)存分布，僅僅計(jì)算結(jié)構(gòu)大小。 第一種：嵌套的結(jié)構(gòu)
struct test2
{
char f;
struct test1 g;
}; 在windows平臺(tái)。microsoft編譯器下： 這樣的情況下假設(shè)把test2的第二個(gè)成員拆開來，研究?jī)?nèi)存分布，那么能夠知道，test2的成員f占用地址0。g.a占用地址1，以后的內(nèi)存分布不變，仍然滿足全部基本數(shù)據(jù)成員的首地址都為其相應(yīng)k的倍數(shù)這一原則，那么test2的大小就還是24了。可是實(shí)際上test2的大小為32。這是由于：不能由于test2的結(jié)構(gòu)而改變test1的內(nèi)存分布情況。所以為了使test1種各個(gè)成員仍然滿足對(duì)齊的要求，f成員后面須要填充一定數(shù)量的字節(jié)，不難發(fā)現(xiàn)。這個(gè)數(shù)量應(yīng)為7個(gè)，才干保證test1的對(duì)齊。所以test2相對(duì)于test1來說添加了8個(gè)字節(jié)，所以test2的大小為32。

在linux平臺(tái)，gcc編譯器下： 相同，這樣的情況下假設(shè)把test2的第二個(gè)成員拆開來，研究?jī)?nèi)存分布，那么能夠知道，test2的成員f占用地址0，g.a占用地址1，以后的內(nèi)存分布不變，仍然滿足全部基本數(shù)據(jù)成員的首地址都為其相應(yīng)k的倍數(shù)這一原則，那么test2的大小就還是20了。可是實(shí)際上test2的大小為24，相同這是由于：不能由于test2的結(jié)構(gòu)而改變test1的內(nèi)存分布情況，所以為了使test1種各個(gè)成員仍然滿足對(duì)齊的要求，f成員后面須要填充一定數(shù)量的字節(jié)，不難發(fā)現(xiàn)，這個(gè)數(shù)量應(yīng)為3個(gè)。才干保證test1的對(duì)齊。

所以test2相對(duì)于test1來說添加了4個(gè)字節(jié)，所以test2的大小為24。

另外一種：位段對(duì)齊 struct test3
{
unsigned int a:4;
unsigned int b:4;
char c;
};
或者
struct test3
{
unsigned int a:4;
int b:4;
char c;
}; 在windows平臺(tái)，microsoft編譯器下： 相鄰的多個(gè)同類型的數(shù)(帶符號(hào)的與不帶符號(hào)的，僅僅要基本類型同樣。也為同樣的數(shù)),假設(shè)他們占用的位數(shù)不超過基本類型的大小。那么他們可作為一個(gè)總體來看待。不同類型的數(shù)要遵循各自的對(duì)齊方式。
如：test3中。a、b可作為一個(gè)總體。他們作為一個(gè)int型數(shù)據(jù)來看待，所以test3的大小為8字節(jié)。而且a與b的值在內(nèi)存中從低位開始依次排列，位于4字節(jié)區(qū)域中的前0-3位和4-7位 假設(shè)test4位下面格式
struct test4
{
unsigned int a:30;
unsigned int b:4;
char c;
};
那么test4的大小就為12個(gè)字節(jié)，而且a與b的值分別分布在第一個(gè)4字節(jié)的前30位。和第二個(gè)4字節(jié)的前4位。

如過test5是下面形式
struct test5
{
unsigned int a:4;
unsigned char b:4;
char c;
}; 那么因?yàn)閕nt和char不同類型。他們分別以各自的方式對(duì)齊，所以test5的大小應(yīng)為8字節(jié)，a與b的值分別位于第一個(gè)4字節(jié)的前4位和第5個(gè)字節(jié)的前4位。 在linux平臺(tái)。gcc編譯器下： struct test3
{
unsigned int a:4;
unsigned int b:4;
char c;
};
gcc下，相鄰各成員。無論類型是否同樣。占的位數(shù)之和超過這些成員中第一個(gè)的大小的時(shí)候，在結(jié)構(gòu)中以k值為1對(duì)齊，在結(jié)構(gòu)外k值為其基本類型的值。

不超過的情況下在內(nèi)存中依次排列。

如test3。其大小為4。a，b的值在內(nèi)存中依次排列分別為第一個(gè)四字節(jié)中的0-3和4-7位。

假設(shè)test4位下面格式
struct test4
{
unsigned int a:20;
unsigned char b:4;
char c;
};
test4的大小為4個(gè)字節(jié)，而且a與b的值分別分布在第一個(gè)4字節(jié)的0-19位，和20-23位，c存放在第4個(gè)字節(jié)中。
如過test5是下面形式
struct test5
{
unsigned int a:10;
unsigned char b:4;
short c;
}; 那么test5的大小應(yīng)為4字節(jié)，a。b的值為0-9位和10-13位。c存放在后兩個(gè)字節(jié)中。

假設(shè)a的大小變成了20
那么test5的大小應(yīng)為8字節(jié)。

即

struct test6
{
unsigned int a:20;
unsigned char b:4;
short c;
}; 此時(shí)，test6的a、b共占用0，1，2共3字節(jié)，c的k值為2，事實(shí)上能夠4位首位置，可是在結(jié)構(gòu)外，a要以int的方式對(duì)齊。也就是說連續(xù)兩個(gè)test6對(duì)象在內(nèi)存中存放的話，a的首位置要保證為4的倍數(shù)。那么c后面必須多填充2位。所以test6的大小為8個(gè)字節(jié)。 關(guān)于位段結(jié)構(gòu)的部分是比較復(fù)雜的。臨時(shí)我就知道這么多。

轉(zhuǎn)載于:https://www.cnblogs.com/gcczhongduan/p/5142305.html

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的windows和Linux内存的对齐方式的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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