Linux下C++中的内存对齐

1.首先第一个问题就是为什么要进行对齐，现代计算机中内存空间都是按照byte划分的，从理论上讲似乎对任何类型的变量的访问可以从任何地址开始，但实际情况是在访问特定类型变量的时候经常在特 定的内存地址访问，这就需要各种类型数据按照一定的规则在空间上排列，而不是顺序的一个接一个的排放，这就是对齐。

对齐的作用和原因：各个硬件平台对存储空间的处理上有很大的不同。一些平台对某些特定类型的数据只能从某些特定地址开始存取。比如有些架构的CPU在访问 一个没有进行对齐的变量的时候会发生错误,那么在这种架构下编程必须保证字节对齐.其他平台可能没有这种情况，但是最常见的是如果不按照适合其平台要求对 数据存放进行对齐，会在存取效率上带来损失。比如有些平台每次读都是从偶地址开始，如果一个int型（假设为32位系统）如果存放在偶地址开始的地方，那 么一个读周期就可以读出这32bit，而如果存放在奇地址开始的地方，就需要2个读周期，并对两次读出的结果的高低字节进行拼凑才能得到该32bit数
据。显然在读取效率上下降很多。

首先考虑下面的一个结构:

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<span style="font-size:18px;">class TestClass

{

private:

double da1;

char da2;

int da3;

};</span>

我们先测试一下double,char,int在我的电脑上占的位数:



那我们再看看TestClass占用的位数:



这说明编译器给我们进行了内存对齐。

规则和vc上是一样的:各成员变量存放的起始地址相对于结构的起始地址的偏移量必须为该变量的类型所占用的字节数的倍数.且结构的大小为结构的字节边界数（即该结构中占用最大空间的类型所占用的字节数）的倍数。

char

偏移量必须为sizeof(char)即1的倍数.

int

偏移量必须为sizeof(int)即4的倍数.

float

偏移量必须为sizeof(float)即4的倍数.

double

偏移量必须为sizeof(double)即8的倍数.

最开始的时候，偏移为0，刚好是8的倍数，分配8B之后，偏移是8了，是1的倍数。到int的时候偏移是9了，不是4的倍数，所以需要进行字节的对齐。填充3个字节到12，所以最后的结果是16.16刚好是结构体占用空间最大的类型(double)的倍数。

我把三个变量的位置换一下，看看结果：

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<span style="font-size:18px;">class TestClass

{

private:

char da1;

double da2;

int da3;

};</span>

看看结果是多少：



现在变成24了，按照刚才所说的规则，分配完int之后结果是20，但是20不是最大类型(double)的倍数，所以要进行填充，到24.

Linux下也提供了和vc一样的屏蔽默认对齐方式的指令。#pragma pack(n)来设定变量以n字节对齐方式。n字节对齐就是说变量存放的起始地址的偏移量有两种情况：第一、如果n大于等于该变量所占用的字节数，那么偏移量必须满足默认的对齐方式，第二、如果n小于该变量的类型所占用的字节数，那么偏移量为n的倍数，不用满足默认的对齐方式。结构的总大小也有个约束条件，分下面两种情况：如果n大于所有成员变量类型所占用的字节数，那么结构的总大小必须为占用空间最大的变量占用的空间数的倍数；否则必须是n的倍数。

下面是一个例子:

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#pragma pack(push)

#pragma pack(4)

using namespace std;

class TestClass

{

private:

char da1;

double da2;

int da3;

};

#pragma pack(pop)

测试这个Class的大小结果是16B.



最开始给da1分配空间,da1占用的空间小于4，且最开始的偏移是0，满足默认的对齐的方式，给它分配了一个字节，到da2的时候，da2占用的空间是大于4的，所以这个时候的偏移只需要是4的倍数，不像默认的方式必须是8的倍数。填上3个字节，此时的偏移是4了，分配了8个字节。到da3了，da3占用的空间等于4，那需要满足默认的对齐方式，现在的偏移是12了，满足就直接给da3分配空间。大小为16，在看结构体的问题，结构体最大的比4大，所以最后的大小是4的倍数就可以了。

我们把n改成8看看结果:



按照给定的规则分析就可以得到这个结果。