原创 C/C++难点解疑 内存对齐

今天和大家分享C/C++难点解疑之内存对齐，本文整理了内存对齐的许多问题并附上答案，希望可以帮到对内存对齐这个知识点还不清楚的小伙伴。

一、为什么要内存对齐？

访问未对齐的内存，处理器要访问两次（数据先读高位，再度地位），访问对齐的内存，处理器只要访问一次，为了提高处理器读取数据的效率，我们使用内存对齐。Windows 默认对齐数为8字节，Linux 默认对齐数为4字节。

使用内存对齐的原因还有平台的原因：不是所有的硬件平台都能访问特定的地址上的任意数据，某些平台只能访问特定的地址上的获取数据，否则会抛出异常。

二、内存对齐原则：

在内存中，编译器按照成员列表分别为 每个结构体变量分配内存，当存储过程中需要对齐的需求时，编译器会在成员之间留下额外的内存空间。如果想要确认结构体占多少存储空间，则使用关键字sizeof查看大小，如果想得知结构体的某个特定成员在结构体的位置，则使用offsetof(头文件stddef.h)

结构体或联合体的数据成员、第一个成员放到0片便宜的地方，以后每个数据成员放到自身对齐的整数倍偏移处。（对齐数是变量自身大小和默认对齐数的较小值）结构体的大小必须是最大对齐数的整数倍。

三、对于结构体字节对齐，有哪些规则？

总体上我们假设结构体起始位置为0x0000,N为设置的n字节对齐，则满足公式0x0000%N==0，来决定结构体成员存储的位置。

1.如果是采用默认对齐规则，需要执行以下的步骤：

（1）结构体的成员的自身对值N（数据类型占有的空间，比如在32位机器下int型为4字节，自身对值为4）需要与存储位置做出判断。若满足“起始位置%N=0”（除了结构体的第一个成员，N也要必须满足>=成员自身对齐值）,则把该成员存放在该起始位置。若前一个成员与目前成员的存储位置有一定的距离，则把该距离作为填充空间。

（2）所有结构体的成员都分配完存储位置之后，则还要结构体本身也要进行对齐。结构体本身也要满足“(M+X)%S=0”来进行对齐，其中M+X是整个结构体占有的存储空间大小，M是所有结构体的成员的存储空间大小总和，X是为了满足S的整数倍的填补空间大小,S是就是结构体成员中自身对齐值最大的那个。

四、如果是采用#pragma pack(N)规则，需要执行以下的步骤：

（1）结构体成员的自身对齐值是偏移的量。若满足“起始位置%N=0”（这里N是指定对齐值，即#pragma pack(N)）,则可以把该成员存储到该起始位置中，偏移量为该成员的自身对齐值（比如int型自身对齐值为4，占用4个字节的内存位置）。

（2）结构体自身对齐值为该结构体的所有成员自身对齐值中最大的值，但又因为结构体的有效对齐值（即指定对齐值）为N，所以“(M+X)%N=0”,M+X是该结构体存储的空间大小。

五、为什么我的编译器在结构中留下了空洞？这导致空间浪费而且无法与外部数据文件进行“二进制”读写。能否关掉填充，或者控制结构域的对齐方式？

当内存中的值合理对齐时，很多机器都能非常高效地访问。例如，在按字节寻址的机器中，2字节的short int型变量必须放在偶地址上，而4字节的long int型变量则必须存放在4的整数倍地址上。某些机器甚至根本就不能访问没有对齐的地址，因此必须要求所有的数据都正确地对齐。

六、什么叫做位域？

位域是指信息在存储时，并不需要占用一个完整的字节， 而只需占几个或一个二进制位。例如在存放一个开关量时，只有0和1 两种状态， 用一位二进位即可。为了节省存储空间，并使处理简便，C语言又提供了一种数据结构，称为“位域”或“位段”。所谓“位域”是把一个字节中的二进位划分为几 个不同的区域， 并说明每个区域的位数。每个域有一个域名，允许在程序中按域名进行操作。 这样就可以把几个不同的对象用一个字节的二进制位域来表示。

以上就是内存对齐的全部问题了，不理解的小伙伴可以收藏起来多看几遍。