1.?什么是對(duì)齊？

　　現(xiàn)代計(jì)算機(jī)中內(nèi)存空間都是按照字節(jié)（byte）劃分的，從理論上講似乎對(duì)任何類型的變量的訪問(wèn)可以從任何地址開始，但實(shí)際情況是在訪問(wèn)特定變量的時(shí)候經(jīng)常在特定的內(nèi)存地址訪問(wèn)，這就需要各類型數(shù)據(jù)按照一定的規(guī)則在空間上排列，而不是順序地一個(gè)接一個(gè)地排放，這就是對(duì)齊。

　　2.?計(jì)算機(jī)為什么要對(duì)齊？

　　各個(gè)硬件平臺(tái)對(duì)存儲(chǔ)空間的處理上有很大的不同。一些平臺(tái)對(duì)某些特定類型的數(shù)據(jù)只能從某些特定地址開始存取，其他平臺(tái)可能沒(méi)有這種情況。但是最常見(jiàn)的是，如果不按照適合其平臺(tái)的要求對(duì)數(shù)據(jù)存放進(jìn)行對(duì)齊，會(huì)在存取效率上帶來(lái)?yè)p失。比如有些平臺(tái)每次讀都是從偶地址開始，一個(gè)int型（假設(shè)為 32位）如果存放在偶地址開始的地方，那么一個(gè)讀周期就可以讀出，而如果存放在奇地址開始的地方，就可能會(huì)需要2個(gè)讀周期，并對(duì)兩次讀出的結(jié)果的高低字節(jié)進(jìn)行拼湊才能得到該int數(shù)據(jù)，顯然在讀取效率上下降很多。這也是空間和時(shí)間的博弈。在網(wǎng)絡(luò)程序中，掌握這個(gè)概念可是很重要的：如果在不同平臺(tái)之間(比如在Windows 和Linux之間)傳遞2進(jìn)制流(比如結(jié)構(gòu)體)，那么在這兩個(gè)平臺(tái)間必須要定義相同的對(duì)齊方式，不然莫名其妙地出了一些錯(cuò)，可是很難排查的。

　　3. 一個(gè)對(duì)齊的例子

　　通常，我們寫程序的時(shí)候，不需要考慮對(duì)齊問(wèn)題，編譯器會(huì)替我們選擇適合目標(biāo)平臺(tái)的對(duì)齊策略。當(dāng)然，我們也可以通知給編譯器傳遞預(yù)編譯指令而改變對(duì)指定數(shù)據(jù)的對(duì)齊方法，比如寫入預(yù)編譯指令#pragma pack(2)，即告訴編譯器按兩字節(jié)對(duì)齊。

　　但是，正因?yàn)槲覀円话悴恍枰P(guān)心這個(gè)問(wèn)題，所以，如果編輯器對(duì)數(shù)據(jù)存放做了對(duì)齊，而我們不了解的話，常常會(huì)對(duì)一些問(wèn)題感到迷惑。最常見(jiàn)的就是struct數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的sizeof結(jié)果，比如以下程序：

#include <stdio.h>void main(){struct A{char a;short b;int c;};printf( "size of struct A = %d \n", sizeof(struct A) );}

　　輸出結(jié)果為：8字節(jié)。

　　如果我們將結(jié)構(gòu)體中的變量聲明位置稍加改動(dòng)（并不改變變量本身），請(qǐng)?jiān)倏匆韵鲁绦?#xff1a;

#include <stdio.h>void main(){struct A{short b;int c;char a;};printf( "size of struct A = %d \n", sizeof(struct A) );}

　　輸出結(jié)果為：12字節(jié)。

　　問(wèn)題出來(lái)了，他們都是同一個(gè)結(jié)構(gòu)體，為什么占用的內(nèi)存大小不同呢？為此，我們需要對(duì)對(duì)齊算法有所了解。

　　4.?對(duì)齊算法

　　由于各個(gè)平臺(tái)和編譯器的不同，現(xiàn)以32位，vc++6.0系統(tǒng)為例，來(lái)討論編譯器對(duì)struct數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的各成員如何進(jìn)行對(duì)齊的。

　　首先，我們給出四個(gè)概念：

　　1）數(shù)據(jù)類型自身的對(duì)齊值：就是基本數(shù)據(jù)類型的自身對(duì)齊值，比如char類型的自身對(duì)齊值為1字節(jié)，int類型的自身對(duì)齊值為4字節(jié)。

　　2）指定對(duì)齊值：預(yù)編譯命令#pragma pack （value）指定的對(duì)齊值value。

　　3）結(jié)構(gòu)體或者類的自身對(duì)齊值：其成員中自身對(duì)齊值最大的那個(gè)值，比如以上的struct A的對(duì)齊值為4。

　　4）數(shù)據(jù)成員、結(jié)構(gòu)體和類的有效對(duì)齊值：自身對(duì)齊值和指定對(duì)齊值中較小的那個(gè)值。

　　設(shè)結(jié)構(gòu)體如下定義：

struct A{char a;short b;int c; };

　　a是char型數(shù)據(jù)，占用1字節(jié)內(nèi)存；short型數(shù)據(jù)，占用2字節(jié)內(nèi)存；int型數(shù)據(jù)，占用4字節(jié)內(nèi)存。因此，結(jié)構(gòu)體A的自身對(duì)齊值為4。于是，a和b要組成4個(gè)字節(jié)，以便與c的4個(gè)字節(jié)對(duì)齊。而a只有1個(gè)字節(jié)，a與b之間便空了一個(gè)字節(jié)。我們知道，結(jié)構(gòu)體類型數(shù)據(jù)是按順序存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)一個(gè)接一個(gè)向后排列的，于是其存儲(chǔ)方式為：

　　其中空白方格無(wú)數(shù)據(jù)，是浪費(fèi)的內(nèi)存空間，共占用8字節(jié)內(nèi)存。

　　實(shí)際上，為了更加明顯地表示“對(duì)齊”，我們可以將以上結(jié)構(gòu)想象為以下的行排列：

?

　　對(duì)于另一個(gè)結(jié)構(gòu)體定義：

struct A{short b;int c;char a;};

　　其內(nèi)存存儲(chǔ)方式為：

　　同樣把它想象成行排列：

　　可見(jiàn)，浪費(fèi)的空間更多。

　　其實(shí)，除了結(jié)構(gòu)體之外，整個(gè)程序在給每個(gè)變量進(jìn)行內(nèi)存分配時(shí)都會(huì)遵循對(duì)齊機(jī)制，也都會(huì)產(chǎn)生內(nèi)存空間的浪費(fèi)。但我們要知道，這種浪費(fèi)是值得的，因?yàn)樗鼡Q來(lái)的是效率的提高。

　　以上分析都是建立在程序默認(rèn)的對(duì)齊值基礎(chǔ)之上的，我們可以通過(guò)添加預(yù)定義命令#pragma pack(value)來(lái)對(duì)對(duì)齊值進(jìn)行自定義，比如#pragma pack(1)，對(duì)齊值變?yōu)?，此時(shí)內(nèi)存緊湊，不會(huì)出現(xiàn)內(nèi)存浪費(fèi)，但效率降低了。效率之所以降低，是因?yàn)?#xff1a;如果存在更大字節(jié)數(shù)的變量時(shí)（比1大），比如int類型，需要進(jìn)行多次讀周期才能將一個(gè)int數(shù)據(jù)拼湊起來(lái)。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的c编译器内存对齐的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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