C++11 内存对齐 alignof alignas

一 现象

先看一段代码：

struct s1
{
    char s;
    int i;
};

struct s2
{
    int i;
    double d;
};

cout << "-------basic type" << endl;
cout << "sizeof(char)	" << sizeof(char) << endl;
cout << "sizeof(int)	" << sizeof(int) << endl;
cout << "sizeof(double)	" << sizeof(double) << endl;

cout << endl;
cout << "-------struct" << endl;
cout << "sizeof(s1)	" << sizeof(s1) << endl;
cout << "sizeof(s2)	" << sizeof(s2) << endl;

结果如下：

不同机器环境，可能结果不同，但不影响说明问题。例如，结构体s1中包含一个char和int，那么s1的大小应该是5，但结果是8，s2也是如此，这就涉及到一个概念：内存对齐。

二 内存对齐

1 什么是内存对齐？

看到的一句说明，“数据项仅仅能存储在地址是数据项大小的整数倍的内存位置上”。

2 为什么要内存对齐？

（1）硬件原因，一些硬件平台必须要求内存对齐，否则抛出异常；另外涉及到不同平台的移植问题。

（2）性能原因，对齐后访问效率更高。

三 C++11 内存对齐实现

1 C++11 新引入操作符alignof， 对齐描述符alignas，基本对齐值 alignof(std::max_align_t)

alignas可以接受常量表达式和类型作为参数，可以修饰变量、类的数据成员等，不能修饰位域和用register申明的变量。一般往大对齐。

直接看一段代码（结合上一段代码）：

struct s3
{
    char s;
    double d;
    int i;
};


struct s11
{
    alignas(16) char s;
    int i;
};

struct s12
{
    alignas(16) char s;
    int i;
};


// alignof
cout << "-------------------alignof---------------------" << endl;
// 基本对齐值
cout << "alignof(std::max_align_t)	" << alignof(std::max_align_t) << endl;
cout << endl;
cout << "-------basic type" << endl;
cout << "alignof(char)		" << alignof(char) << endl;
cout << "alignof(int)		" << alignof(int) << endl;
cout << "alignof(double)	" << alignof(double) << endl;

cout << endl;
cout << "-------struct" << endl;
cout << "alignof(s1)		" << alignof(s1) << endl;
cout << "alignof(s2)		" << alignof(s2) << endl;
cout << "alignof(s3)		" << alignof(s3) << endl;

cout << endl;
cout << endl;

// alignas
cout << "-------------------alignas---------------------" << endl;
cout << "alignof(s1)		" << alignof(s1) << endl;
cout << "alignof(s11)		" << alignof(s11) << endl;
cout << "alignof(s12)		" << alignof(s12) << endl;

cout << "sizeof(s1)    	" << sizeof(s1) << endl;
cout << "sizeof(s11)	" << sizeof(s11) << endl;
cout << "sizeof(s12)	" << sizeof(s12) << endl;

结果如下：

2 C++11还新增了几个内存对齐的函数，每个函数有特定作用，此处不展开。

std::alignment_of
std::aligned_storage
std::max_align_t
std::align

四 C++98/03 内存对齐实现

此情况下主要是由编译器实现，不同编译器有不同方法。

1 MSVC

__declspec(align(#))，其#的内容可以是预编译宏，但不能是编译期数值

#progma pack

__alignof

2 gcc

  __attribute__((__aligned__((#))))

 __alignof__