#Pragma Pack(n)与内存分配

Posted 2020-08-27 Arlenmbx

 #pragma pack(n)

解释一：

每个特定平台上的编译器都有自己的默认“对齐系数”(也叫对齐模数)。程序员可以通过预编译命令#pragma pack(n)，n=1,2,4,8,16来改变这一系数，其中的n就是你要指定的“对齐系数”。

 

　　规则：

 

　　1、数据成员对齐规则：结构(struct)(或联合(union))的数据成员，第一个数据成员放在offset为0的地方，以后每个数据成员的对齐按照#pragma pack指定的数值和这个数据成员自身长度中，比较小的那个进行。

 

　　2、结构(或联合)的整体对齐规则：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#pragma pack指定的数值和结构(或联合)最大数据成员长度中，比较小的那个进行。

 

解释二：

n 字节的对齐方式 VC 对结构的存储的特殊处理确实提高 CPU 存储变量的速度，但是有时候也带来 了一些麻烦，我们也屏蔽掉变量默认的对齐方式，自己可以设定变量的对齐方式。 VC 中提供了#pragma pack(n)来设定变量以 n 字节对齐方式。n 字节对齐就是说 变量存放的起始地址的偏移量有两种情况：

第一、如果 n 大于等于该变量所占用的字 节数，那么偏移量必须满足默认的对齐方式。

第二、如果 n 小于该变量的类型所占用 的字节数，那么偏移量为 n 的倍数，不用满足默认的对齐方式。结构的总大小也有个 约束条件，分下面两种情况：如果 n 大于所有成员变量类型所占用的字节数，那么结 构的总大小必须为占用空间最大的变量占用的空间数的倍数； 否则必须为 n 的倍数。

下面举例说明其用法。 #pragma pack(push) //保存对齐状态

 #pragma pack(4)//设定为 4 字节对齐

struct test { char m1; double m4; int m3; }; #pragma pack(pop)//恢复对齐状态 以上结构体的大小为 16：

下面分析其存储情况，首先为 m1 分配空间，其偏移量 为 0，满足我们自己设定的对齐方式（4 字节对齐），m1 大小为 1 个字节。接着开始 为 m4 分配空间，这时其偏移量为 1，需要补足 3 个字节，这样使偏移量满足为 n=4 的倍数（因为 sizeof(double)大于 4）,m4 占用 8 个字节。接着为 m3 分配空间，这时 其偏移量为 12，满足为 4 的倍数，m3 占用 4 个字节。这时已经为所有成员变量分配 了空间，共分配了 16 个字节，满足为 n 的倍数。如果把上面的#pragma pack(4)改为 #pragma pack(8)，那么我们可以得到结构的大小为 24。

 

大家看了这些文字描述头也一定会发麻吧，我坚持读完后，然后自己编写了一个程序：

#pragma pack(4)

struct node{

  int e;
  char f;
  short int a;
  char b;

};

struct node n;

printf("%d\n",sizeof(n));

-------12

 

 

然后结构体内部数据成员变动一下位置：

 

#pragma pack(4)

struct node{

  char f;
  int e;
  short int a;
  char b;};

struct node n;

printf("%d\n",sizeof(n));

12

 

将对齐位数强制定位2

#pragma pack(2)

struct node{

  char f;
  int e;
  short int a;
  char b;};

struct node n;

printf("%d\n",sizeof(n));

10

 

将对齐位数强制定位1

#pragma pack(1)

struct node{

  char f;
  int e;
  short int a;
  char b;};

struct node n;

printf("%d\n",sizeof(n));

8

 

看着输出结果和文字描述有点晕，下面简单说一下判定规则吧：

其实之所以有内存字节对齐机制，就是为了最大限度的减少内存读取次数。我们知道CPU读取速度比内存读取速度快至少一个数量级，所以为了节省运算花费时间，只能以牺牲空间来换取时间了。

下面举例说明如何最大限度的减少读取次数。

#pragma pack(1)

struct node{

  char f;
  int e;
  short int a;
  char b;};

struct node n;

printf("%d\n",sizeof(n));

这里强制按照1字节进行对齐，可以理解成所有的内容都是按照1字节进行读取（暂且这样理解，因为这样可以很好的理解内存对其机制），其他所有的数据成员都是1字节的整数倍，所以也就不用进行内存对其，各个成员在内存中就按照实际顺序进行排列，结构体实际长度为8

 

 

#pragma pack(2)

struct node{

  char f;
  int e;
  short int a;
  char b;};

struct node n;

printf("%d\n",sizeof(n));

这里强制按照2字节进行对齐。如果内存分布仍然是连续的话，那么int e就得三次才能读到CPU中，所以为了“讲究”int e的读取，所以在char f之后预留1BYTE，最后的char b也是如此，所以长度为10

 

#pragma pack(4)

struct node{

  char f;
  int e;
  short int a;
  char b;};

struct node n;

printf("%d\n",sizeof(n));

这里强制按照4字节进行对齐。所以char f后要预留3BYTE，而short int a 和 char b可以一次读取到CPU(按照4字节读取)，所以长度为12

 

如果#pramga pack(n)中的n大于结构体成员中任何一个成员所占用的字节数，则该n值无效。编译器会选取结构体中最大数据成员的字节数为基准进行对其