【Struct(结构体)杂谈之五】以空间换时间，Struct(结构体)中的成员对齐之道(下)
Struct(结构体)中的成员对齐之道(下)
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引言
在上一篇【Struct(结构体)杂谈之四】以空间换时间，Struct(结构体)中的成员对齐之道(上） 中，我们了解到struct ALIGN2 和 struct ALIGN3的成员变量都是1个int型，1个char型及1个short型，可是它们所占的空间却1个是8字节，一个是12字节。
为什么会有这样的区别呢？
通过上篇关于
对齐
的介绍，我们已经猜测这是因为编译器对其作了
对齐的处理
所致，但是编译器处理的细节具体是什么呢？
编译过程详解
一般情况下，c程序的编译过程为
- 预处理
- 编译成汇编代码
- 汇编成目标代码
- 链接
这一篇我们将使用gcc对上述几个细节进行仔细分析，了解其处理细节：
源码如下：
/************************************************************************************
** File: - Z:\code\c\Alignment\Align.c
**
** Copyright (C), Long.Luo, All Rights Reserved!
**
** Description:
** Align.c --- To learn the details of Alignment by the compiler.
**
** Version: 1.1
** Date created: 22:33:50,10/12/2012
** Author: Long.Luo
**
** --------------------------- Revision History: --------------------------------
** <author> <data> <desc>
**
************************************************************************************/
#include <stdio.h>
struct ALIGN2
{
char mA;
int mB;
short mC;
};
struct ALIGN3
{
int mB;
char mA;
short mC;
};
int main(void)
{
struct ALIGN2 aln2;
struct ALIGN3 aln3;
printf("The size of struct ALIGN2 is: %d\n", sizeof(aln2));
printf("\t aln2.mA=0x%x, aln2.mB=0x%x, aln2.mC=0x%x\n", &aln2.mA, &aln2.mB, &aln2.mC);
printf("The size of struct ALIGN3 is: %d\n", sizeof(aln3));
printf("\t aln3.mA=0x%x, aln3.mB=0x%x, aln3.mC=0x%x\n", &aln3.mA, &aln3.mB, &aln3.mC);
return 0;
}
1. 预处理部分：
输出文件的后缀为：*.cpp 文件。
2.编译成汇编代码
<1>. 使用-x参数说明根据指定的步骤进行工作，cpp-output指明从预处理得到的文件开始编译 ；
<2>. 使用-S说明生成汇编代码后停止工作
gcc –x cpp-output –S –o align.s align.cpp
<2>. 使用-S说明生成汇编代码后停止工作
gcc –x cpp-output –S –o align.s align.cpp
我们也可以直接编译到汇编代码
gcc –S Align.c
得到 align.s文件之后，在最开始之处我们可以看到：
.file "Align.c" .section .rodata .align 4
其中的 .align 4就表明了 其后面所有的数据都遵守4字节对齐的限制。
3. 编译成目标代码
汇编代码--->
目标代码
4. 编译成执行代码
目标代码-->执行代码
最终的输出结果如下所示：
我们可以绘出其内存分配图：
假如我们不对齐的后果
上图是内存对齐的struct ALN2和struct ALN3的内存分配情况，假如我们不对齐呢？其内存分配如下所示：
很明显，int mB 和 short mC都不满足对齐要求。
对齐可以提高取数据的效率
在IA32架构中，数据总线是32位，即一次可以存取4个字节的数据。
在对齐的情况下，struct ALN2的每个成员都可以在一个指令周期内完成；
而假设我们的struct ALN2没有对齐，那么对于struct ALN2中char mA，CPU可以一次取出4个字节获得低位的一个字节，同时需要将高位的3个字节保存在寄存器中，之后的int mB，CPU必须再取得低位的1个字节并通之前保存在寄存器中的数据结果组合在一起，每一个都需要好几条指令，是不是相当麻烦？
如何自定义对齐？
那肯定有同学要问了，有没有办法让处理器按照自己的要求进行地址对齐呢？
---当然可以，我们可以通过预编译命令#pragma pack(n)，n=1,2,4,8,16来改变这一系数，其中的n就是你要指定的“对齐系数”。
比如，我想让处理器按照1个字节的方式对齐，则代码如下：
/************************************************************************************
** File: - Z:\code\c\Alignment\AlignPackOne.c
**
** Copyright (C), Long.Luo, All Rights Reserved!
**
** Description:
** Align.c --- To learn the details of Alignment by the compiler.
**
** Version: 1.1
** Date created: 23:39:05,10/12/2012
** Author: Long.Luo
**
** --------------------------- Revision History: --------------------------------
** <author> <data> <desc>
**
************************************************************************************/
#include <stdio.h>
#pragma pack(1)
struct ALIGN2
{
char mA;
int mB;
short mC;
};
struct ALIGN3
{
int mB;
char mA;
short mC;
};
int main(void)
{
struct ALIGN2 aln2;
struct ALIGN3 aln3;
printf("The size of struct ALIGN2 is: %d\n", sizeof(aln2));
printf("\t aln2.mA=0x%x, aln2.mB=0x%x, aln2.mC=0x%x\n", &aln2.mA, &aln2.mB, &aln2.mC);
printf("The size of struct ALIGN3 is: %d\n", sizeof(aln3));
printf("\t aln3.mA=0x%x, aln3.mB=0x%x, aln3.mC=0x%x\n", &aln3.mA, &aln3.mB, &aln3.mC);
return 0;
}
编译之后输出结果如下：
可以看出，在我们要求的1字节对齐方式下，aln2和aln3的结果都是7，只占了4+2+1个字节，内存空间一个字节都利用到极致。
至此，关于内存对齐就到此告一段落了，你弄明白了吗？
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