C/C++_字节对齐问题总结

根据以下资料，自己在两个编译器平台上试了试。

1.VC6.0（32bit X86系统上）

没指定对齐方式的前提下是，按照对齐算法要求排列的

2.KEIL4（C51）

单片机51中是单字节对齐方式

网上查看了资料，下面是摘自网络上的资料。

首先来看下在C/C++中定义如下的结构体，然后对他们分别进行sizeof()运算，看看结果会如何

struct A
{
     int a;
     char b;
     short c;
};

struct B
{
     char b;
     int a;
     short c;
};

#pragma pack(push,2)     /*指定2字节对齐*/
struct C
{
     char b;
     int a;
     short c;
};
#pragma pack (pop)      /*还原默认字节对齐*/

#pragma pack (push,1)   /*指定1字节对齐*/
struct D
{
     char b;
     int a;
     short c;
};
#pragma pack (pop)      /*还原默认字节对齐*/

各个结构体内的变量只是顺序不一样！各变量字节和为1+4+2=7个字节，而对各个结构体进行sizeof()运算所得的结果却是不一样的：sizeof(A)==8   sizeof(B)==12   sizeof(C)==8   sizeof(D)==7

非常有趣吧？造成这个差异的是什么原因呢？其实就是下面要讲的C/C++中的字节对齐。

什么是字节对齐以及为什么要对齐？

现代计算机中内存空间都是按照byte划分的，从理论上讲似乎对任何类型的变量的访问可以从任何地址开始，但实际情况是在访问特定变量的时候经常在特定的内存地址访问，这就需要各类型数据按照一定的规则在空间上排列，而不是顺序的一个接一个的排放，这就是字节对齐。

而各个硬件平台对存储空间的处理上有很大的不同。一些平台对某些特定类型的数据只能从某些特定地址开始存取。其他平台可能没有这种情况，但是最常见的是如果不按照适合其平台要求对数据存放进行对齐，会在存取效率上带来损失。比如有些平台每次读都是从偶地址开始，如果一个int型（假设为32位系统）如果存放在偶地址开始的地方，那么一个读周期就可以读出，而如果存放在奇地址开始的地方，就可能会需要2个读周期，并对两次读出的结果的高低字节进行拼凑才能得到该int数据。显然在读取效率上下降很多。这也是空间和时间的博弈。

对齐的实现

通常，我们写程序的时候，不需要考虑对齐问题。编译器会替我们选择时候目标平台的对齐策略。当然，我们也可以通知给编译器传递预编译指令而改变对指定数据的对齐方法。但是，正因为我们一般不需要关心这个问题，所以因为编辑器对数据存放做了对齐，而我们不了解的话，常常会对一些问题感到迷惑，本文上面的例子就如此。

对齐的算法

由于各个平台和编译器的不同，现以vc6.0（32位x86平台）为例子，来讨论上例中编译器对struct数据结构中的各成员如何进行对齐的。这里面有四个概念值：

说的有点晕，自己总结的，

分两种：

一种，指定对齐方式

按照自身对齐值和指定对齐值中较小的那个值，排列成员地址空间

一种是，不指定对齐方式

按照成员中自身对齐值最大的那个值，排列成员地址空间

1.数据类型自身的对齐值：就是上面交代的基本数据类型的自身对齐值。

2.指定对齐值：#pragma pack(push,value)时的指定对齐值value。

3.结构体或者类的自身对齐值：其成员中自身对齐值最大的那个值。

4.数据成员、结构体和类的有效对齐值：自身对齐值和指定对齐值中较小的那个值。

有了这些值，我们就可以很方便的来讨论具体数据结构的成员和其自身的对齐方式。有效对齐值N是最终用来决定数据存放地址方式的值，最重要。有效对齐N，就是表示“对齐在N上”，也就是说该数据的"存放起始地址%N=0".而数据结构中的数据变量都是按定义的先后顺序来排放的。第一个数据变量的起始地址就是数据结构的起始地址。结构体的成员变量要对齐排放，结构体本身也要根据自身的有效对齐值圆整(就是结构体成员变量占用总长度需要是对结构体有效对齐值的整数倍，结合下面例子理解)。这样就不能理解上面例子的值了。

例子分析：

结构体B分析

struct B
{
     char b;
     int a;
     short c;
};

假设B从地址空间0x0000开始排放。该例子中没有定义指定对齐值，在vc6.0环境下，该值默认为4。

第一个成员变量b的自身对齐值是1，比指定或者默认指定对齐值4小，所以其有效对齐值为1，所以其存放地址0x0000符合0x0000%1=0.第二个成员变量a的自身对齐值为4，所以有效对齐值也为4，所以只能存放在起始地址为0x0004到0x0007这四个连续的字节空间中，复核0x0004%4=0,   且紧靠第一个变量。第三个变量c,自身对齐值为2，所以有效对齐值也是2，可以存放在0x0008到0x0009这两个字节空间中，符合0x0008%2=0。所以从0x0000到0x0009存放的都是结构体B的内容。再来看看数据结构B的自身对齐值为其变量中最大对齐值(这里是a)所以就是4，所以结构体的有效对齐值也是4。根据结构体圆整的要求，0x0009到0x0000=10字节，(10+2)%4=0。所以0x0000A到0x000B也为结构体B所占用。故B从0x0000到0x000B共有12个字节,sizeof(B) == 12

结构体C分析

#pragma pack(push,2)     /*指定按2字节对齐*/
struct   C
{
     char b;
     int a;
     short c;
};
#pragma pack(pop)       /*还原默认字节对齐*/

第一个变量b的自身对齐值为1，指定对齐值为2，所以，其有效对齐值为1，假设C从0x0000开始，那么b存放在0x0000，符合0x0000%1=0;第二个变量，自身对齐值为4，指定对齐值为2，所以有效对齐值为2，所以顺序存放在0x0002、0x0003、0x0004、0x0005四个连续字节中，符合0x0002%2=0。第三个变量c的自身对齐值为2，所以有效对齐值为2，顺序存放在0x0006、0x0007中，符合0x0006%2=0。所以从0x0000到0x00007共八字节存放的是C的变量。又C的自身对齐值为4，所以C的有效对齐值为2。又8%2=0,C只占用0x0000到0x0007的八个字节。所以sizeof(C) == 8

最后来说一下，如果指定字节对齐为1字节，那么这个结构体实际占用的字节大小就是结构体内各变量真实占用字节大小之和！！怎么样，明白了吧！ ^^