内存中的数据对齐

Posted 2020-08-29 我有一壶酒

数据对齐，是指数据所在的内存地址必须是该数据长度的整数倍。DWORD数据的内存起始地址能被4除尽，WORD数
据的内存起始地址能被2除尽。x86 CPU能直接访问对齐的数据，当它试图访问一个未对齐的数据时，会在内部进行一系列
的调整。这些调整对于程序来说是透明的，但是会降低运行速度，所以编译器在编译程序时会尽量保证数据对齐。同样一
段代码，我们来看看用VC、Dev C++和LCC这3个不同的编译器编译出来的程序的执行结果：

这是用VC编译后的执行结果：

变量在内存中的顺序：b（1字节）—a（4字节）—c（4字节）。
这是用Dev C++编译后的执行结果：

变量在内存中的顺序：c（4字节）—中间相隔3字节—b（占1字节）—a（4字节）。
这是用LCC编译后的执行结果：

变量在内存中的顺序：同上。
3个编译器都做到了数据对齐，但是后两个编译器显然没VC“聪明”，让一个char占了4字节，浪费内存。

 

以下代码为32位机器编译，数据是以4字节为对齐单位，这两个类的输出结果
为什么不同？［中国著名软件企业JS公司2008年4月面试题］

      解析：在访问内存时，如果地址按4字节对齐，则访问效率会高很多。这种现象的原因
在于访问内存的硬件电路。一般情况下，地址总线总是按照对齐后的地址来访问的。例如你
想得到0x00000001开始的4字节内容，系统首先需要以0x00000000读4字节，从中取得3字
节，然后再用0x00000004作为开始地址，获得下一个4字节，再从中得到第一个字节，两次
组合出你想得到的内容。但是如果地址一开始就是对齐到0x00000000，则系统只要一次读写
即可。
     考虑到性能方面，编译器会对结构进行对齐处理。考虑下面的结构：

直观地讲，这个结构的尺寸是sizeof(char)+sizeof(int)=6，但是在实际编译下，这个结构
尺寸默认是8，因为第二个域iValue会被对齐到第4个字节。
在VC中，我们可以用pack预处理指令来禁止对齐调整。例如，下面的代码将使得结构尺
寸更加紧凑，不会出现对齐到4字节问题：

对于这个pack指令的含义，大家可以查询MSDN。请注意，除非你觉得必须，否则不要
轻易做这样的调整，因为这将降低程序的性能。目前比较常见的用法有两种，一是这个结构
需要被直接写入文件；二是这个结构需要通过网络传给其他程序。
注意：字节对齐是编译时决定的，一旦决定则不会再改变，因此即使有对齐的因素在，
也不会出现一个结构在运行时尺寸发生变化的情况。
在本题中，第一种类的数据对齐是下面的情况：

  

第二种类的数据对齐是下面的情况：

答案：B类输出12字节，C类输出8字节。

 

求解下面程序的结果。［中国著名通信企业H公司面试题］

解析：因为静态变量是存放在全局数据区的，而sizeof计算栈中分配的大小，是不会计
算在内的，所以sizeof(A1)是4。
●　为了照顾数据对齐，int大小为4，char大小为1，所以sizeof(A2)是8。
●　为了照顾数据对齐，float大小为4，char大小为1，所以sizeof(A3)是8。
●　为了照顾数据对齐，float大小为4，int大小为4，char大小为1，所以sizeof(A3)是12。
●　为了照顾数据对齐，double大小为8，float大小为4，int大小为4，char大小为1，所以
sizeof(A3)是24。
答案：4，8，8，12，24。