结构体内存对齐

Posted 2022-01-29 shuangge110530

结构体在创建的时候，为了能够满足平台和性能原因，需要进行内存对齐。结构体的大小是由内存对齐的结果而决定的。 ——前言

1.结构体内存对齐原则：

1. 第一个成员在与结构体变量偏移量为0的地址处。
2. 其他成员变量要对齐到某个数字（对齐数）的整数倍的地址处。
对齐数 = 编译器默认的一个对齐数 与 该成员大小的较小值。
VS中默认的值为8
3. 结构体总大小为最大对齐数（每个成员变量都有一个对齐数）的整数倍。
4. 如果嵌套了结构体的情况，嵌套的结构体对齐到自己的最大对齐数的整数倍处，结构体的整
体大小就是所有最大对齐数（含嵌套结构体的对齐数）的整数倍。

1.1

第一个成员在与结构体变量偏移量为0的地址处。

翻译：

struct c

char a;
int b;
char c;
;

当创建结构体开辟空间时，将第一个元素放在结构体开辟空间的起始处。

1.2

其他成员变量要对齐到某个数字（对齐数）的整数倍的地址处。
对齐数 = 编译器默认的一个对齐数 与 该成员大小的较小值。
VS中默认的值为8

翻译：

struct c

char a;
int b;
char c;
;

当存放int b时，需要先考虑b的大小size，再对比size和编译器中默认对齐数的大小，取较小值作为该成员的对齐数。

此程序中size=4,默认对齐数为8，因此b的对齐数为4。

因此b需要对齐到4的整数倍的地址处，即：

c的对齐数为1，则： 

 1.3

结构体总大小为最大对齐数（每个成员变量都有一个对齐数）的整数倍。

翻译：

本结构体的最大对齐数为b的对齐数4，则结构体大小应为4的倍数，但是到目前为止从a到c只使用了9个字节的空间，因此还需要三个字节，凑成12个字节，才能成为4的倍数。

因此该结构体总大小为12。

1.4 

如果嵌套了结构体的情况，嵌套的结构体对齐到自己的最大对齐数的整数倍处，结构体的整
体大小就是所有最大对齐数（含嵌套结构体的对齐数）的整数倍。

翻译：

struct a

 char a;
 int  b;
 char c;

struct c

char a;
int b;
char c;
struct a d;
;

在struct c中嵌套struct a。

struct a的最大对齐数为4，他的大小为12

 struct c的大小必须是所有最大对齐数的整数倍，c的最大对齐数为4，目前大小为24，符合这一条件，则这一结构体大小为24。

2.存在原因：

2.1.平台原因(移植原因)：
不是所有的硬件平台都能访问任意地址上的任意数据的；某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。

比如某些硬件平台在取结构体的整型值时，只能从4的倍数的地址值进行寻找，因此为了跨平台需求，我们在编程时就要考虑到硬件的不同，多增加一些空间来满足跨平台应用需求。

2.2 性能原因：
数据结构(尤其是栈)应该尽可能地在自然边界上对齐。
原因在于，为了访问未对齐的内存，处理器需要作两次内存访问；而对齐的内存访问仅需要一次访
问。

比如说，在32位机器中，由于机器只有32根地址线，因此电脑一次最多可以读取4个字节的内存信息。

现在我们创建一个结构体：

struct S



  char c;

   int a;

;

如果说机器中不存在内存对齐，即我们将两个数据连续存放，则它们在内存中的分布如下：

 如果要读取这两个数据，c需要被读取一次，a需要被读取两次。

 现在我们将a对齐到4的倍数地址处：

 此时c和a都只需被读取一次即可，大大提高了机器的运行效率