20160402_C++中的内存对齐

Posted 2020-07-03

原题：

有一个如下的结构体：

struct A{

 long a1;

 short a2;

 int a3;

 int *a4;

};

 

请问在64位编译器下用sizeof(struct A)计算出的大小是多少？

答案：24

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本题知识点：C/C++

 

预备知识：基本类型占用字节

 

在32位操作系统和64位操作系统上，基本数据类型分别占多少字节呢？

 

 

32位操作系统：

 

char : 1    int ：4    short : 2    unsigned int : 4    long : 4    unsigned long : 4    long long : 8     float : 4    double : 8    指针 : 4

 

64位操作系统

 

char : 1    int ：4    short : 2    unsigned int : 4    long : 8    unsigned long : 8    long long : 8     float : 4    double : 8    指针 : 8

 

 

 

内存对齐：

　　成员对齐有一个重要的条件，即每个成员按自己的方式对齐。其对齐的规则是：每个成员按其类型的对齐参数(通常是这个类型的大小)和指定对齐参数(这里默认是8字节)中较小的一个对齐。并且结构的长度必须为所用过的所有对齐参数的整数倍。不够就补空字节。

 

举例：

struct t

{

    long a;

    short b;

    int c;

    int *d; 

    char e;

}

在64位操作系统中的大小。

 

分析：

　　按照声明的顺序一个一个分配内存空间。

• 首先 long 型变量a，在64位地址空间中，long型占8个字节，所以按照上面的对齐条件，这个成员应该按照对其参数 min(sizeof(long), 8) = 8字节来对齐，所以把这个成员存放在 0~7 内存单元中。

• 然后 short型变量b，在64位地址空间中，short型占2个字节，所以按照上面的对齐条件，这个成员应该按照对其参数 min(sizeof(short), 8) = 2字节来对齐，所以把这个成员存放在 8~9 内存单元中。

• 然后 int型变量c，在64位地址空间中，int型占4个字节，所以按照上面的对齐条件，这个成员应该按照对其参数 min(sizeof(int), 8) = 4字节来对齐，所以把这个成员存放在 12~15 内存单元中（10，11单元都不能被4整除，不满足“结构的长度（10/11）必须为所用过的对其参数（4）的整数倍”）。

• 然后 int*型变量d，在64位地址空间中，指针型占8个字节，所以按照上面的对齐条件，这个成员应该按照对其参数 min(sizeof(int*), 8) = 8字节来对齐，所以把这个成员存放在 16~23 内存单元中。

然后 char型变量e，在64位地址空间中，char型占1个字节，所以按照上面的对齐条件，这个成员应该按照对其参数 min(sizeof(char), 8) = 1字节来对齐，所以把这个成员存放在 24 内存单元中。 

• 然后整个结构体的长度必须为所有对齐参数的整数倍，当前长度为25，不是所有对齐参数整数倍，必须调整为32，才是所有参数整数倍。

　　所以这个结构体的长度为32。

 

　　如果结构体中出现子结构体怎么办？

　　我们在确定子结构体的对齐参数时，应该就是它的所有成员使用的对齐参数中最大的一个。

 

举例：

struct t{

    char a;

    int b;

};

 

struct s{

   char c;

   struct t d;

   char e;

};

 

　　在32位操作系统下的长度。

• 首先确定t的大小为8，它的所有成员使用的对齐参数最大为4。

• 再考察s：

　　　　首先 char 型变量c，在32位地址空间中，char型占1个字节，所以按照上面的对齐条件，这个成员应该按照对其参数 min(sizeof(char), 8) = 1字节来对齐，所以把这个成员存放在 0 内存单元中。

　　　　然后 struct t型变量d，在32位地址空间中，struct t占8个字节，所以按照上面的对齐条件，这个成员应该按照对其参数 4 字节来对齐，所以把这个成员存放在 4~11 内存单元中。

　　　　然后 char型变量e，在32位地址空间中，char型占1个字节，所以按照上面的对齐条件，这个成员应该按照对其参数 min(sizeof(char), 8) = 1字节来对齐，所以把这个成员存放在 12 内存单元中。

• 然后整个结构体的长度必须为所有对齐参数的整数倍，当前长度为13，不是所有对齐参数整数倍，必须调整为16，才是所有参数整数倍。

　　所以此结构体大小为16.