内存对齐

内存对齐指的是结构体中对结构成员内存的一系列调整。通过调整offset位置，减少读取结构成员数据需要的CPU-> 内存读取次数。任何对象数据在底层实际上是结构体。 ### 对齐规则 > 1、[数据成员](https://baike.baidu.com/item/%E6%95%B0%E6%8D%AE%E6%88%90%E5%91%98)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**。 > 3、结合1、2可推断：当#pragma pack的n值等于或超过所有[数据成员](https://baike.baidu.com/item/%E6%95%B0%E6%8D%AE%E6%88%90%E5%91%98)长度的时候，这个n值的大小将不产生任何效果。 是不是有一点眼晕？我自己总结的计算方法如下： **内存对齐原则 (简化版)：** > 1. 找到最大的基础类型成员 , 将其内存长度作为基准 > 2. 每个成员的offset，需要是成员自己类型的整数倍 > 3. 放完之后，struct自身的数据需要为基准的整数倍 让我们看一个简单的数据： ```C++ struct Struct1 { double a; // 8 char b; // 1 int c; // 4 short d; // 2 }struct1; 1. 最长的元素是double，基准为8 2. struct Struct1 { double a; // 长度为8 offset：0，0是8的整数倍，所以 a存放位置为 （0 - 7） char b; // 长度为1 offset: 8 8是 1的整数倍，所以 b存放位置为 （8） int c; // 长度为4 offset: 9 9不是4的整数倍，offset后移到 12 ，所以 c存放位置为 （12 - 15） short d; // 长度为2 offset: 16 16是2的整数倍，所以 d存放位置为 （16 - 17） }struct1; 3. 最终数据成员的整体内存占用位置为 （0 - 17），18个字节。18不是基准 8 的整数倍，因此填充到24. 最终 sizeof(struct1) 的大小为 24 ``` 如果我们稍微调整下数据顺序： ```C++ struct Struct2 { double a; // 8 // 这里调整了 b，c的顺序 int b; // 4 char c; // 1 short d; // 2 }struct2; 1. 最长的元素是double，基准为8 2. struct Struct2 { double a; // 长度为8 offset：0，0是8的整数倍，所以 a存放位置为 （0 - 7） int b; // 长度为4 offset: 8 8是 4的整数倍，所以 b存放位置为 （8 - 11） char c; // 长度为1 offset:12 12是1的整数倍，所以 c存放位置为 （12） short d; // 长度为2 offset: 13 13不是2的整数倍，offset后移到 14 所以 d存放位置为 （14 - 15） }struct2; 3. 最终数据成员的整体内存占用位置为 （0 - 15），16个字节。16是基准 8 的整数倍，因此不需要填充。 最终 sizeof(struct2) 的大小为 16 ``` ### 成员为数组的情况: **内存对齐原则 ( ex1)：** > 1. 找到最大的基础类型成员 , 将其内存长度作为基准 （如果成员为数组，基准不按数组总长，而是按照数组元素类型来计算） ```C++ struct Struct3 { char a; // 1 (0) int b[2]; // b0 b1 double c; //8 }struct3; 1. 最长的元素是double，基准为8 2. struct Struct3 { char a; // 长度为1 offset:0 0是1的整数倍，所以 a存放位置为 （0） int b[2]; // b0 长度为4 0ffset:1 1不是4的整数倍，b0的offest后移到4，所以 b0存放位置为 （4 - 7）b1存放位置为 （8 - 11） double c; //长度为8 offset: 12 12不是8的整数倍，offset后移到 16 所以 d存放位置为 （16 - 23） }struct3; 3. 最终数据成员的整体内存占用位置为 （0 - 23），24个字节。24是基准 8 的整数倍，因此不需要填充。 最终 sizeof(struct3) 的大小为 24 其实数组写法很类似下面的写法： struct Struct3 { char a; int b0; int b1; double c; }struct3; 只要调整对了数组第一个元素的offset，数组后续元素自然可以对齐。 ``` ### 成员为struct的情况: > 1. 找到最大的基础类型成员 , 将其内存长度作为基准 （如果成员为struct，基准不按子struct总长，而是max（子struct基准，剩余成员内存长度）） > 2. 每个成员的offset，需要是成员自己类型的整数倍 (如果成员为struct, 只需是 成员struct 基准的整数倍而不是总长的整数倍) ```c++ struct Struct1 { double a; // 8 char b; // 1 int c; // 4 short d; // 2 }struct1; struct Struct4 { int b; // 4 // (0-3) char c; // 1 // (4) struct Struct1 s1; // a:8 (8 - 15) b:1 (16) c:4 (20 - 23) d:2 (24-25) (8 - 25) 18字节 -> short d; // 2 // 38 (36 - 37) }struct4; 1. Struct1的基准为8，除Struct1 s1外，Struct4最长的元素是int 长为4，基准为max（8，4） = 8 2. struct Struct4 { int b; // 4 // offset：0 ，存放位置： (0-3) char c; // 1 // offset：4，存放位置： (4) struct Struct1 s1; /** a: 长度: 8 offset：5 -> 8 存放位置： (8 - 15) b:长度: 1 offset：16 存放位置：(16) c: 长度: 4 offset：17 -> 20 存放位置： (20 - 23) d: 长度: 2 offset：24 存放位置： (24-25) s1 总体位置：(8 - 25) 18字节 -> 填充 （8 - 31）24字节 **/ short d; // 2 // offset：32，存放位置： (32 - 33) }struct4; 3. 总体位置 （0 - 33） 长度为 34，不是8的倍数，填充到 40 最终 sizeof(struct4) 的大小为 40 ``` **附表：** 1. 基础数据表  2.内存分布查看方法： ```shell po &struct4 -> 0x00000001014cc600 x/8gx 0x00000001014cc600 ```