C++ 自定義結構體和類 內存對齊

爲什麼要提出內存對齊?

比如這麼一種處理器,它每次讀寫內存的時候都從某個8倍數的地址開始,一次讀出或寫入8個字節的數據,假如軟件能保證double類型的數據都從8倍數地址開始,那麼讀或寫一個double類型數據就只需要一次內存操作。否則,我們就可能需要兩次內存操作才能完成這個動作,因爲數據或許恰好橫跨在兩個符合對齊要求的8字節內存塊上。(在有謝處理器上內存不對齊的話可能會出現錯誤)

一些例子(在vc的編譯器上)

下面用前面的例子來說明VC到底怎麼樣來存放結構的。

struct MyStruct

{

double dda1;

char dda;

int type

}

爲上面的結構分配空間的時候,VC根據成員變量出現的順序和對齊方式,先爲第一個成員dda1分配空間,其起始地址跟結構的起始地址相同(剛好偏移量0剛好爲sizeof(double)的倍數),該成員變量佔用sizeof(double)=8個字節;接下來爲第二個成員dda分配空間,這時下一個可以分配的地址對於結構的起始地址的偏移量爲8,是sizeof(char)的倍數,所以把dda存放在偏移量爲8的地方滿足對齊方式,該成員變量佔用sizeof(char)=1個字節;接下來爲第三個成員type分配空間,這時下一個可以分配的地址對於結構的起始地址的偏移量爲9,不是sizeof(int)=4的倍數,爲了滿足對齊方式對偏移量的約束問題,VC自動填充3個字節(這三個字節沒有放什麼東西),這時下一個可以分配的地址對於結構的起始地址的偏移量爲12,剛好是sizeof(int)=4的倍數,所以把type存放在偏移量爲12的地方,該成員變量佔用sizeof(int)=4個字節;這時整個結構的成員變量已經都分配了空間,總的佔用的空間大小爲:8+1+3+4=16,剛好爲結構的字節邊界數(即結構中佔用最大空間的類型所佔用的字節數sizeof(double)=8)的倍數,所以沒有空缺的字節需要填充。所以整個結構的大小爲:sizeof(MyStruct)=8+1+3+4=16,其中有3個字節是VC自動填充的,沒有放任何有意義的東西。

面再舉個例子,交換一下上面的MyStruct的成員變量的位置,使它變成下面的情況:

struct MyStruct

{

char dda;

double dda1;

int type

}

這個結構佔用的空間爲多大呢?在VC6.0環境下,可以得到sizeof(MyStruc)24。結合上面提到的分配空間的一些原則,分析下VC怎麼樣爲上面的結構分配空間的。(簡單說明)

struct MyStruct

{

char dda;//偏移量爲0,滿足對齊方式,dda佔用1個字節;
double dda1;//下一個可用的地址的偏移量爲1,不是sizeof(double)=8,
需要補足7個字節才能使偏移量變爲8(滿足對齊,因此VC自動填充7個字節,dda1存放在偏移量爲8的位置,它佔用8個字節。

int type//下一個可用的地址的偏移量爲16,是sizeof(int)=4的倍數,滿int的對齊方式,所以不需要VC自動填充,type放在偏移量16的地址上,它佔用4個字節。

}


所有成員變量都分配了空間,空間總的大小爲1+7+8+4=20,不是結構節邊界數(即結構中佔用最大空間的類型所佔用的字節數sizeof(double)=8的倍數,所以需要填充4個字節,以滿足結構的大小爲sizeof(double)=8的倍數。

所以該結構總的大小爲:sizeof(MyStruc)1+7+8+4+4=24。其中總的有7+4=11個字節是VC自動填充的,沒有放任何有意義的東西。

VC對結構的存儲的特殊處理確實提高CPU存儲變量的速度,但是有時候也帶來了一些麻煩,我們也屏蔽掉變量默認的對齊方式,自己可以設定變量的對齊方式。

VC中提供了#pragma pack(n)來設定變量以n字節對齊方式。n字節對齊就是說變量存放的起始地址的偏移量有兩種情況:第一、如果n大於等於該變量所佔用的字節數,那麼偏移量必須滿足默認的對齊方式,第二、如果n小於該變量的類型所佔用的字節數,那麼偏移量爲n的倍數,不用滿足默認的對齊方式。結構的總大小也有個約束條件,分下面兩種情況:如果n大於所有成員變量類型所佔用的字節數,那麼結構的總大小必須爲佔用空間最大的變量佔用的空間數的倍數;

否則必須爲n的倍數。下面舉例說明其用法。

#pragma pack(push) //保存對齊狀態

#pragma pack(4)//設定爲4字節對齊

struct test

{

char m1;

double m4;

int m3;

};

#pragma pack(pop)//恢復對齊狀態

以上結構的大小爲16,下面分析其存儲情況,首先爲m1分配空間,其偏移量爲0,滿足我們自己設定的對齊方式(4字節對齊),m1佔用1個字節。接着開始爲m4分配空間,這時其偏移量爲1,需要補足3個字節,這樣使偏移量滿足爲n=4的倍數(因爲sizeof(double)大於n,m4佔用8個字節。接着爲m3分配空間,這時其偏移量爲12,滿足爲4的倍數,m3佔用4個字節。這時已經爲所有成員變量分配了空間,共分配了16個字節,滿足爲n的倍數。如果把上面的#pragma pack(4)改爲#pragma pack(16),那麼我們可以得到結構的大小爲24



轉自 

http://blog.csdn.net/garfield2005/article/details/7648430




double dda1;
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