字节对齐(#pragma pack)
字节对齐(#pragma pack)
详解
什么是对齐，为什么要对齐？
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变量的时候经常在特定的内存地址访问，这就需要各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有很大的不同。一些平台对某些特定类型的数据只能从特定地址开始存取。但是我们一般不需要关心这个问题，因为编译器对数据存放做了对齐，但是如果我们不了解的话，常常会对一些问题感到迷惑，最常见的就是struct结构体的sizeof的结果，这里介绍一下
对齐方式
程序编译器对结构的存储的特殊处理确实提高CPU存储变量的速度，但是有时候也会带来一些麻烦，我们可以自己设定变量对齐方式
编译器中提供了#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：
- 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
- 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，分为下面两种情况：
- 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
- 否则必须为n的倍数
举例：
[code]#include <stdio.h>
#pragma pack(4)
typedef struct test {
char m1;
double m4;
int m3;
} test;
int main(void)
{
test test1;
printf(“%d\n”, sizeof(test1));
return 0;
}
[/code]
以上结构体的大小为16,下面分析一下存储情况：
- 首先为m1分配内存空间，其偏移量为0,满足我们自己设定的对齐方式(4字节对齐)，m1大小为1byte
- 接着为m4分配内存空间，这时其偏移量为4,需要补足3个字节，这样使得偏移量满足4的倍数，m2大小为8byte
- 接着为m3分配内存空间，这时其偏移量为12,满足为4的倍数，m3占用4个byte
所以，总共占用的空间为：1+3+8+4 = 16
重要规则:
- 复杂类型中各个成员按照它们被声明的顺序在内存中顺序存储，第一个成员的地址和整个类型的地址相同
- 每个成员分别对齐，即每个成员按自己的方式对齐，并最小化长度;规则就是每个成员按其数据类型的对齐参数（通常是这个类型的大小）和指定对齐参数中较小的一个对齐
- 结构、联合或者类的数据成员，第一个放在偏移量为0的地方;以后每个数据成员的对齐，按照#pragma pack指定的数值和这个数据成员自身长度两个中比较小的那个进行
- 复杂类型（如结构体）整体的对齐，是按照结构体中长度最大的数据成员和#pragma pack指定值间较小的那个值进行;这样在成员是复杂类型时，可以最小化长度
- 结构整体长度的计算必须取所用过的所有对齐参数的整数倍，不够补字节;也就是取所用过的所有对齐参数中最大的那个值的整数倍，因为对齐参数都是2的n次方
请查看本篇文章的后续：对于字节对齐的二次探究