内存对齐及不同编译环境下各种声明所占大小

蔚落 2022-07-12 07:11 154阅读 0赞

一.内存对齐  
  1.什么是内存对齐  
  假设我们同时声明两个变量：  
  char a;  
  short b;  
  用&（取地址符号）观察变量a，b的地址的话，我们会发现（以16位CPU为例）：  
  如果a的地址是0x0000，那么b的地址将会是0x0002或者是0x0004。  
  那么就出现这样一个问题：0x0001这个地址没有被使用，那它干什么去了？ 答案就是它确实没被使用。   
  因为CPU每次都是从以2字节（16位CPU）或是4字节（32位CPU）的整数倍的内存地址中读进数据的。  
  如果变量b的地址是0x0001的话，那么CPU就需要先从0x0000中读取一个short，取它的高8位放入b的低8位，  
  然后再从0x0002中读取下一个short，取它的低8位放入b的高8位中，这样的话，为了获得b的值，CPU需要进行了两次读操作。  
   
  但是如果b的地址为0x0002，  
  那么CPU只需一次读操作就可以获得b的值了。所以编译器为了优化代码，往往会根据变量的大小，将其指定到合适的位置，即称为内存对齐  
  （对变量b做内存对齐，a、b之间的内存被浪费，a并未多占内存）。  
    
    
2.结构体内存对齐规则（请记住三条内存规则(在没有\#pragam pack宏的情况下）  
    结构体所占用的内存与其成员在结构体中的声明顺序有关，其成员的内存对齐规则如下：  
  （1）每个成员分别按自己的对齐字节数和PPB（指定的对齐字节数，32位机默认为4）两个字节数最小的那个对齐，这样可以最小化长度。如在32bit的机器上，int的大小为4，因此int存储的位置都是4的整数倍的位置开始存储。  
  （2）复杂类型(如结构)的默认对齐方式是它最长的成员的对齐方式，这样在成员是复杂类型时，结构体数组的时候，可以最小化长度。  
  （3）结构体对齐后的长度必须是成员中最大的对齐参数（PPB）的整数倍，这样在处理数组时可以保证每一项都边界对齐。  
  （4）结构体作为数据成员的对齐规则：在一个struct中包含另一个struct，内部struct应该以它的最大数据成员大小的整数倍开始存储。  
       如 struct A 中包含 struct B, struct B 中包含数据成员 char, int, double，则 struct B 应该以sizeof(double)=8的整数倍为起始地址。  
  
  
3.实例演示：  
    struct A  
    \{  
    char a;　　　//内存位置:  \[0\]  
    double b;　  // 内存位置: \[8\]...\[15\]  
    int c;　　　　// 内存位置: \[16\]...\[19\]　　----　　规则1  
    \};　　　　　　　 // 内存大小：sizeof(A) = (1+7) + 8 + (4+4) = 24, 补齐\[20\]...\[23\]　　----　　规则3  
   
    struct B  
    \{  
    int a,　　　　// 内存位置: \[0\]...\[3\]  
    A b,　    　　// 内存位置: \[8\]...\[31\]　　----　　规则2  
    char c,　　　// 内存位置: \[32\]  
    \};　　　　　　　  // 内存大小：sizeof(B) = (4+4) + 24 + (1+7) = 40, 补齐\[33\]...\[39\]  
 \*注释：(1+7)表示该数据成员大小为1，补齐7位；(4+4)同理。  
   
4.32位编译器：32位系统下指针占用4字节  
      char ：1个字节  
      char\*（即指针变量）: 4个字节（32位的寻址空间是2^32, 即32个bit，也就是4个字节。同理64位编译器）  
      short int : 2个字节  
      int：  4个字节  
      unsigned int : 4个字节  
      float:  4个字节  
      double:   8个字节  
      long:   4个字节  
      long long:  8个字节  
      unsigned long:  4个字节  
        
  64位编译器：64位系统下指针占用8字节  
      char ：1个字节  
      char\*(即指针变量): 8个字节  
      short int : 2个字节  
      int：  4个字节  
      unsigned int : 4个字节  
      float:  4个字节  
      double:   8个字节  
      long:   8个字节  
      long long:  8个字节  
      unsigned long:  8个字节