什么是位元組對齊?
現代計算機中記憶體空間都是按照byte劃分的,從理論上講似乎對任何型別的變數的訪問可以從任何地址開始,但實際情況是在訪問特定型別變數的時候經常在特 定的記憶體地址訪問,這就需要各種型別資料按照一定的規則在空間上排列,而不是順序的一個接一個的排放,這就是對齊,
為什么要位元組對齊?
位元組是否對齊關系到CPU訪問資料時的效率問題,假設一個CPU每次總是從記憶體中取出4個位元組,從記憶體編號為0的地方開始,現在我定義一個char a,定義一個int b,讓他們按順排列在記憶體中,就是這樣的:

char a占用1個位元組,int a占用4個位元組,CPU每次總是取4個位元組,這時我想要取b時,需要先取出0-3,再取出4-7,然后將1-4拼在一起,這樣就需要取兩次,但是,如果我讓char a和int b按照特定的順序排列:

這樣我只需要取一次就能將b取出,提升了CPU的作業效率,
位元組對齊的概念和規則
概念:
- 資料型別自身的對齊值:對于char型資料,其自身對齊值為1,對于short型為2,對于int,float型別,其自身對齊值為4,對于double型,其自身對齊值為8(單位位元組),
- 結構體或者類的自身對齊值:其成員中自身對齊值最大的那個值,
- 指定對齊值:
#pragma pack (value)時的指定對齊值value, - 資料成員、結構體和類的有效對齊值:自身對齊值和指定對齊值中小的那個值,
規則:
有效對齊值N是最終用來決定資料存放地址方式的值,最重要,
有效對齊N,就是表示“對齊在N上”,也就是說該資料的"存放起始地址%N=0",而資料結構中的資料變數都是按定義的先后順序來排放的,第一個資料變數的起始地址就是資料結構的起始地址,結構體的成員變數要對齊排放,結構體本身也要根據自身的有效對齊值圓整,
舉例說明
代碼如下
#include <stdio.h>
struct Test
{
char a;
int b;
short c;
};
int main(void)
{
struct Test t = {'a',1,2};
printf("%d \n",sizeof(t));
getchar();
return 0;
}
如果我們不知道位元組對齊規則,那么一定會認為這個結構體的大小是這樣的,char型別1個位元組,int型別4個位元組,short型別2個位元組一共7個位元組,執行一下看看結果:

執行之后的結果是12,我們先來看一下反匯編代碼:

根據反匯編代碼我們可以看到a,b,c中的值分別存放在ebp-0ch,ebp-8,ebp-4這三個地方,我們到記憶體中看一下他們是怎么排列的:

可以看到char占用1個位元組,int占用4個位元組,short占用2個位元組,但是并沒有我們想象的那樣緊挨著排放,而是有一定的排放規則,這里就體現出了位元組對齊,因為我這里是32位的機器,默認是4位元組對齊,下面來詳細的說一下是怎么排列的:
假設基址為0012FF3C,從偏移地址為0的位置開始存放
- 根據上面的位元組對齊規則,a是char型別,自身對齊值就是1位元組,b是int型別,自身對齊值是4位元組,c是short型別,自身對齊值是2位元組
- 結構體的自身對齊值:結構體中自身對齊值最大的那個,根據上面的分析這個結構體的自身對齊值為4位元組
- 指定對齊值:因為我們沒有指定對齊值,使用的是默認的4位元組對齊
- 資料成員有效對齊值:自身對齊值和指定對齊值中小的那個值,a的自身對齊值是1,指定對齊值是4,較小值是1,那么a的對齊值就是1;b的自身對齊值是4,指定對齊值是4,較小值是4,那么a的對齊值就是4;c的自身對齊值是12,指定對齊值是4,較小值是2,那么c的對齊值就是2,假設有一個變數是long型別,那么這個變數的對齊值應該為4.
這樣,a占用1個位元組,存放在偏移地址為0的記憶體,0%1=0,沒有問題,

b占用4個位元組,如果將他挨著變數a存放,也就是存放在偏移地址為1的位置,1%4=1,這樣就存在問題了,所以b存放到偏移地址為4的位置,4%4=0,

最后,c占用2個位元組,如果將他挨著b存放,也就是存放到偏移地址為8的位置,8%2=0,沒有問題,所以c存放到 偏移地址為8的位置,占兩個位元組,

這樣就排列好了,這時,發現a,b,c一共才占用了10個位元組,因為結構體還沒有根據自身有效對齊值圓整,根據上面的分析,這個結構體的自身對齊值是4,12%4=0,所以結構體會再占用兩個位元組,10和11,也就是A和B,這樣就得出這個結構體的實際大小是12,
當然,除了使用默認的對齊值,我們還可以自己使用#pragma pack (value)指定對齊值:
#include <stdio.h>
#pragma pack (2)
struct Test
{
char a;
int b;
short c;
};
int main(void)
{
struct Test t = {'a',1,2};
printf("%d \n",sizeof(t));
getchar();
return 0;
}
這將對齊值設定成2,那么a,b,c在記憶體中的排列方式應該是這樣的:

要注意,這里的int b的自身對齊值是4位元組,有效對齊值是2位元組,
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標籤:C
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