C語言內存對齊詳解(2)


接上一篇:C語言內存對齊詳解(1)

  VC對結構的存儲的特殊處理確實提高CPU存儲變量的速度,但是有時候也帶來了一些麻煩,我們也屏蔽掉變量默認的對齊方式,自己可以設定變量的對齊方式。VC 中提供了#pragma pack(n)來設定變量以n字節對齊方式。n字節對齊就是說變量存放的起始地址的偏移量有兩種情況:

第一、如果n大於等於該變量所占用的字節數,那么偏移量必須滿足默認的對齊方式;

第二、如果n小於該變量的類型所占用的字節數,那么偏移量為n的倍數,不用滿足默認的對齊方式。

結構的總大小也有個約束條件,分下面兩種情況:如果n大於所有成員變量類型所占用的字節數,那么結構的總大小必須為占用空間最大的變量占用的空間數的倍數;否則必須為n的倍數。下面舉例說明其用法:

#pragma pack(push) //保存對齊狀態 
#pragma pack(4)//設定為4字節對齊 
struct test 
{ 
char m1; 
double m4; 
int m3; 
}; 
#pragma pack(pop)//恢復對齊狀態 

以上結構的大小為16,下面分析其存儲情況,首先為m1分配空間,其偏移量為0,滿足我們自己設定的對齊方式(4字節對齊),m1占用1個字節。接着開始為 m4分配空間,這時其偏移量為1,需要補足3個字節,這樣使偏移量滿足為n=4的倍數(因為sizeof(double)大於n,m4占用8個字節。接着為m3分配空間,這時其偏移量為12,滿足為4的倍數,m3占用4個字節。這時已經為所有成員變量分配了空間,共分配了4+8+4=16個字節,滿足為n的倍數。如果把上面的#pragma pack(4)改為#pragma pack(16),那么我們可以得到結構的大小為24。

再看下面這個例子:

#pragma pack(8)
struct S1{
 char a;
 long b;
};

struct S2 {
 char c;
 struct S1 d;
 long long e;
};
#pragma pack()

成員對齊有一個重要的條件,即每個成員分別對齊.即每個成員按自己的方式對齊.

也就是說上面雖然指定了按8字節對齊,但並不是所有的成員都是以8字節對齊.其對齊的規則是,每個成員按其類型的對齊參數(通常是這個類型的大小)和指定對齊參數(這里是8字節)中較小的一個對齊.並且結構的長度必須為所用過的所有對齊參數的整數倍,不夠就補空字節.

S1中,成員a是1字節默認按1字節對齊,指定對齊參數為8,這兩個值中取1,a按1字節對齊;成員b是4個字節,默認是按4字節對齊,這時就按4字節對齊,所以sizeof(S1)應該為8;

S2 中,c和S1中的a一樣,按1字節對齊,而d 是個結構,它是8個字節,它按什么對齊呢?對於結構來說,它的默認對齊方式就是它的所有成員使用的對齊參數中最大的一個,S1的就是4.所以,成員d就是按4字節對齊.成員e是8個字節,它是默認按8字節對齊,和指定的一樣,所以它對到8字節的邊界上,這時,已經使用了12個字節了,所以又添加了4個字節的空,從第16個字節開始放置成員e.這時,長度為24,已經可以被8(成員e按8字節對齊)整除.這樣,sizeof(S2)為24個字節.

這里有三點很重要:

1.每個成員分別按自己的方式對齊,並能最小化長度。

2.復雜類型(如結構)的默認對齊方式是它最長的成員的對齊方式,這樣在成員是復雜類型時,可以最小化長度。

3.對齊后的長度必須是成員中最大的對齊參數的整數倍,這樣在處理數組時可以保證每一項都邊界對齊。

 


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