内存对齐

先看一个例子!

Snip20160826_1.png

我们发现两个结构体中存放的是相同类型的三个数据,只是顺序有所不同,通过sizeof()函数计算出所占字节数目也完全不同。
其实我们在学习C语言的时候应该已经说过这种现象是因为内存对齐所导致的,不过下面我们来进一步了解下内存对齐的规则。

PS:阿里校招的测评有一题就是考了这个,见下图:

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为什么需要内存对齐

所谓内存对齐,其实是为了加快CPU读取数据的速度,因为CPU读取数据是按块(X64架构的计算机是8个字节为一个块)来读取的,所以按照一定的对齐规则存储数据,会大大提高CPU的读取效率。

更多内容关于内存对齐对性能请参考文章

举个例子
在32位系统中,假如一个int变量在内存中的地址是0x00ff42c3,因为int是占用4个字节,所以它的尾地址应该是0x00ff42c6,这个时候CPU为了读取这个int变量的值,就需要先后读取两个块,分别是0x00ff42c00x00ff42c3和0x00ff42c40x00ff42c7,然后通过移位等一系列的操作来得到。但是如果编译器对变量地址进行了对齐,比如放在0x00ff42c0,CPU就只需要一次就可以读取到,这样的话就加快读取效率。

还有就是不同平台下的硬件原因,一些硬件平台只能在某些地址处取某些特定类型的数据,否则抛出硬件异常,并不是所有的硬件平台都能访问任意地址上的任意数据的。

内存对齐的规则

  • 基本数据类型对齐
    基本数据类型是按照其类型所占字节数来对齐的,需要注意的是,不同平台下,有些数据类型所占字节数是不一样的,比如

指针类型在64位机器上占8个字节,在32位机器上则占4个字节。

  • 结构数据类型对齐
    结构体内的各个数据对齐。在结构体中的第一个成员的首地址等于整个结构体的变量的首地址,而后的成员的地址随着它声明的顺序和实际占用的字节数递增。为了总的结构体大小对齐,会在结构体中插入一些没有实际意思的字符来填充(padding)结构体。下面给出规则:

1、对于结构的各个成员,第一个成员位于偏移为0的位置,以后每个数据成员的偏移量必须是min(#pragma pack())指定的数,这个数据成员的自身长度) 的倍数。
2、在数据成员完成各自对齐之后,结构(或联合)本身也要进行对齐,对齐将按照min(#pragma pack指定的数值,结构(或联合)最大数据成员长度)进行对齐。

#pragma pack()的预处理指令可以修改系统默认的对齐数

总结

PS:联合的大小是联合中所占字节最多的成员
了解完规则之后,前面的例子加阿里的题目也就迎刃而解了。

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