詳解結構體、類等內存字節(jié)對齊

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1、先說個題外話：早些年我學C程序設計時，寫過一段解釋硬盤MBR分區(qū)表的代碼，對著磁盤編輯器怎么看，怎么對，可一執(zhí)行，結果就錯了。當時調試也不太會，又根本沒聽過結構體對齊這一說，所以，問題解決不了，好幾天都十分糾結。后來萬般無奈請教一個朋友，才獲悉可能是結構體對齊的事，一查、一改，果真如此。?問題是解決了，可網上的資料多數只提到內存對齊是如何做的，卻鮮有提及為什么這樣做(即使提，也相當簡單)。筆者是個超級健忘者，很難機械式的記住這些破規(guī)則，于是仔細想了想，總算明白了原因，這樣，這些對齊的規(guī)則也就不會再輕易忘記了。????不光結構體存在內存對齊一說，類

2、(對象)也如此，甚至于所有變量在內存中的存儲也有對齊一說(只是這些對程序員是透明的，不需要關心)。實際上，這種對齊是為了在空間與復雜度上達到平衡的一種技術手段，簡單的講，是為了在可接受的空間浪費的前提下，盡可能的提高對相同運算過程的最少(快)處理。先舉個例子：?假設機器字長是32位的(即4字節(jié)，下面示例均按此字長)，也就是說處理任何內存中的數據，其實都是按32位的單位進行的。現在有2個變量：???1.char?A;?2.int?B;????假設這2個變量是從內存地址0開始分配的，如果不考慮對齊，應該是這樣存儲的(見下圖,以intel上的littl

3、eendian為例，為了形象，每16個字節(jié)分做一行，后同)：??因為計算機的字長是4字節(jié)的，所以在處理變量A與B時的過程可能大致為：??A:將0x00-0x03共32位讀入寄存器，再通過左移24位再右移24位運算得到a的值(或與0x000000FF做與運算)??B:將0x00-0x03這32位讀入寄存器，通過位運算得到低24位的值；再將0x04-0x07這32位讀入寄存器，通過位運算得到高8位的值；再與最先得到的24位做位運算，才可得到整個32位的值。??上面敘述可知，對a的處理是最簡處理，可對b的處理，本身是個32位數，處理的時候卻得折成2部分

4、，之后再合并，效率上就有些低了。??想解決這個問題，就需要付出幾個字節(jié)浪費的代價，改為下圖的分配方式：??按上面的分配方式，A的處理過程不變；B卻簡單得多了：只需將0x04-0x07這32位讀入寄存器就OK了。??我們可以具體談結構體或類成員的對齊了：??結構體在編譯成機器代碼后，其實就沒有本身的集合概念了，而類，實際上是個加強版的結構體，類的對象在實例化時，內存中申請的就是一些變量的空間集合(類似于結構體，同時也不包含函數指針)。這些集合中的每個變量，在使用中，都需要涉及上述的加工原則，自然也就需要在效率與空間之間做出權衡。??為了便捷加工連續(xù)

5、多個相同類型原始變量，同時簡化原始變量尋址，再匯總上述最少處理原則，通?？梢詫⒃甲兞康拈L度做為針對此變量的分配單位，比如內存可用64個單元，如果某原始變量長度為8字節(jié)，即使機器字長為4字節(jié)，分配的時候也以8字節(jié)對齊(看似IO次數是相同的)，這樣，尋址、分配時，均可以按每8字節(jié)為單位進行，簡化了操作，也可以更高效。??系統默認的對齊規(guī)則，追求的至少兩點：1、變量的最高效加工2、達到目的1的最少空間???舉個例子，一個結構體如下：?1.//bywww.datahf.netzhangyu2.typedef?struct?T3.{?4.????char

6、?c;//本身長度1字節(jié)?5.????__int64?d;?//本身長度8字節(jié)6.????int?e;?//本身長度4字節(jié)7.????shortf;?//本身長度2字節(jié)8.????char?g;?//本身長度1字節(jié)9.????short?h;?//本身長度2字節(jié)10.};???假設定義了一個結構體變量C，在內存中分配到了0x00的位置，顯然：??對于成員C.c?無論如何，也是一次寄存器讀入，所以先占一個字節(jié)。??對于成員C.d?是個64位的變量，如果緊跟著C.c存儲，則讀入寄存器至少需要3次，為了實現最少的2次讀入，至少需要以4字節(jié)對齊；同時對于

7、8字節(jié)的原始變量，為了在尋址單位上統一，則需要按8字節(jié)對齊，所以，應該分配到0x08-0xF的位置。??對于成員C.e?是個32位的變量，自然只需滿足分配起始為整數個32位即可，所以分配至0x10-0x13。??對于成員C.f?是個16位的變量，直接分配在0x14-0x16上，這樣，反正只需一次讀入寄存器后加工，邊界也與16位對齊。??對于成員C.g?是個8位的變量，本身也得一次讀入寄存器后加工，同時對于1個字節(jié)的變量，存儲在任何字節(jié)開始都是對齊，所以，分配到0x17的位置。??對于成員C.h?是個16位的變量，為了保證與16位邊界對齊，所以，分

8、配到0x18-0x1A的位置。??分配圖如下(還不正確，耐心讀下去)：??結構體C的占用空間到h結束就可以了嗎?我們找個示例：如果定義一