内存对齐详解+代码展示

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@小白创作中心

内存对齐详解+代码展示

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CSDN

https://blog.csdn.net/2301_80667728/article/details/144091493

内存对齐是C语言编程中的一个重要概念，它关系到程序的性能和正确性。本文将从内存对齐的定义、意义、规则，以及如何通过代码改变内存对齐方式等方面进行详细讲解。

一、内存对齐的定义

内存对齐是指数据在内存中存放时，按照某种规则将数据放置到内存地址的过程。这种规则通常是由编译器和硬件平台共同决定的，目的是为了提高内存访问的效率。在现代计算机中，访问未对齐的内存地址可能会导致性能下降甚至出现错误。

二、内存对齐的意义（为什么存在内存对齐？）

（1）硬件平台的限制：

某些处理器可能要求访问特定类型数据时，数据必须位于特定的内存地址上，否则会触发异常或者需要额外的处理时间。

（2）提高访问效率：

如果数据按照内存对齐规则存储，CPU可以在一次内存访问操作中获取完整的数据，无需进行额外的拼接或拆分操作，从而提高了内存访问的速度。

三、内存对齐的规则

（1）基本数据类型的对齐规则：

char类型的变量可以存放在任意地址上，因为其大小为1字节。
short类型的变量通常要求其地址是2的倍数。
int类型的变量通常要求其地址是4的倍数。
long类型的变量通常要求其地址是4或8的倍数（取决于编译器和平台）。
float类型的变量通常要求其地址是4的倍数。
double类型的变量通常要求其地址是8的倍数。
指针类型的变量通常要求其地址是4或8的倍数（取决于硬件平台的位数）。

（2）结构体的对齐规则：

结构体的第一个成员对齐到和结构体变量起始位置偏移量为0的地址处。
其他成员变量要对齐到某个数字（对齐数）的整数倍的地址处。对齐数 = 编译器默认的一个对齐数与该成员变量大小的较小值。

VS编译器中默认对齐数的值为8。
Linux中gcc编译器没有默认对齐数，对齐数就是成员自身的大小。

结构体总大小为最大对齐数（结构体中每个成员变量都有一个对齐数，所有对齐数中最大的）的整数倍。
如果嵌套了结构体的情况，嵌套的结构体成员对齐到自己的成员中最大对齐数的整数倍处，结构体的整体大小就是所有最大对齐数（含嵌套结构体中成员的对齐数）的整数倍。

四、示例

#include <stdio.h>
// 定义一个名为 A的结构体
typedef struct A 
{
    // 结构体的第一个成员是一个字符型变量 a
    char a;
    // 结构体的第二个成员是一个整型变量 b
    int b;
}A;
int main() 
{
    // 使用 printf函数打印结构体 A 的大小
    printf("%zd\n", sizeof(struct A));
    // %zd 是 printf 的格式说明符，用于打印 size_t 类型的数据，即结构体的大小
    return 0;
}

输出结果展示：
结果分析（如下图）：

五、改变结构体的内存对齐方式

在某些编译器中，我们可以使用特定的指令来控制内存对齐的方式。例如，在编译器中，可以使用#pragma pack指令来设置结构体的对齐方式。

以下是一个示例：

#include <stdio.h>
// 保存当前对齐状态，并设置对齐方式为 1字节对齐
// 这意味着结构体的每个成员将按照其自然大小排列，不会有额外的填充
#pragma pack(1) 
typedef struct A
{
    char a; // 结构体的第一个成员是一个字符型变量 a，占用 1个字节
    int b;  // 结构体的第二个成员是一个整型变量 b，通常占用 4个字节
}A;
// 恢复之前的对齐状态，通常是 8 字节对齐
#pragma pack() 
int main()
{
    // 使用 printf 函数打印结构体 A 的大小
    // %zd是 printf 的格式说明符，用于打印 size_t 类型的数据，即结构体的大小
    printf("%zd\n", sizeof(A));
    return 0;
}