C++培训

热门课程:

理一理C语言字节对齐的那些事

发布：C++培训
来源：C++资讯
时间：2020-08-03 14:52
分享到：

字节对齐是我们初学C语言就会接触到的一个概念，但是到底什么是字节对齐?对齐准则又是什么?为什么要字节对齐呢?字节对齐对我们编程有什么启示?本文将简单理一理字节对齐的那些事。

什么是字节对齐

计算机中内存大小的基本单位是字节(byte)，理论上来讲，可以从任意地址访问某种基本数据类型，但是实际上，计算机并非逐字节大小读写内存，而是以2,4,或8的倍数的字节块来读写内存，如此一来就会对基本数据类型的合法地址作出一些限制，即它的地址必须是2，4或8的倍数。那么就要求各种数据类型按照一定的规则在空间上排列，这就是对齐。

对齐准则是什么：

总的来说，字节对齐有以下准则：

结构体变量的首地址能够被其最大基本类型成员字节数大小所整除。

结构体每个成员相对结构体首地址的偏移都是成员大小的整数倍，如不满足，对前一个成员填充字节以满足。

结构体的总大小为结构体对最大成员大小的整数倍，如不满足，最后填充字节以满足。

我们通过一个小例子来说明是如何对齐的。

考虑下面的程序：

#include<stdio.h>

#include<stdint.h>

struct test

{

int a;

char b;

int c;

short d;

};

int main(int argc,char *argv)

{

/*在32位和64位的机器上，size_t的大小不同*/

printf("the size of struct test is %zu

",sizeof(struct test));

return 0;

}

编译成32位程序并运行(默认四字节自然对齐)，可以看到，结构体test 的大小为16字节，而不是11字节(a占4字节，b占1字节，c占4字节，d占2字节)

#64位机器上编译32位程序可能需要安装一个库

#sudo apt-get install gcc-multilib

gcc -m32 -o testByteAlign testByteAlign.c #编译程序

chmod +x testByteAlign #赋执行权限

./testByteAlign #运行

the size of struct test is 16

实际上，结构体test的成员在内存中可能是像下面这样分布的(数值为偏移量)

未对齐时:

0~3	4	5~9	10~11
a	b	c	d

对齐时:

0~3	4	5~7	8~11	12~13	14~15
a	b	填充内容	c	d	填充内容

从上面可以看出，c的偏移为5，不满足对齐要求(它的偏移量应该能够被sizeof(int)大小整除)，因此在b后面填充了3个字节，使得c的偏移为8。在b后面填充后，d已经满足对齐要求了，为什么最后还要填充字节呢?或者说，为什么需要满足第三条准则呢?

考虑下面的声明

struct teArray[2];

我们不难知道，teArray[0]的d如果不填充字节，那么teArray[1]的a偏移为14，不满足对齐要求，因此d后面也需要填充字节。

为什么要字节对齐

无论数据是否对齐，大多数计算机还是能够正确工作，而且从前面可以看到，结构体test本来只需要11字节的空间，最后却占用了16字节，很明显浪费了空间，那么为什么还要进行字节对齐呢?最重要的考虑是提高内存系统性能

前面我们也说到，计算机每次读写一个字节块，例如，假设计算机总是从内存中取8个字节，如果一个double数据的地址对齐成8的倍数，那么一个内存操作就可以读或者写，但是如果这个double数据的地址没有对齐，数据就可能被放在两个8字节块中，那么我们可能需要执行两次内存访问，才能读写完成。显然在这样的情况下，是低效的。所以需要字节对齐来提高内存系统性能。

在有些处理器中，如果需要未对齐的数据，可能不能够正确工作甚至crash，这里我们不多讨论。

当你还在担心能否就业时，达内学员提前被企业录取;当你转辗于各大招聘会时，达内学员收到了高薪offer;当你在各大招聘网站投递简历时，达内学员中有人一毕业进入五百强名企。所以选择很重要。找C++培训班，选达内就对了。