字節(jié)對齊
現(xiàn)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的內(nèi)存都是按照字節(jié)劃分的，理論上對任何變量的訪問可以從任何地址開始，但是實(shí)際情況是訪問特定的變量經(jīng)常在特定的內(nèi)存地址訪問，這就需要各種類型的數(shù)據(jù)按照一定的規(guī)則在空間上進(jìn)行排列，而不是順序排放，這就是對齊的概念；
比如在32bit system 下，一個(gè)4字節(jié)的int，如果它的地址是0x00000004 (4 的倍數(shù))，那么它就是對齊的；如果是0x00000002(非4 的倍數(shù))，那么它就是非對齊的
- 為什么要使用字節(jié)對齊？
字節(jié)對齊的根本原因是在于CPU訪問效率的問題，上面的例子中如果地址時(shí)0x00000002,那么CPU 需要訪問兩次內(nèi)存，
第一次訪問0x000000002 ~ 0x00000003 得到一個(gè)2 byte 的內(nèi)容；
第二次訪問0x000000004 ~ 0x00000005 在得到一個(gè)2 byte的內(nèi)容，組合得到整形數(shù)據(jù)
如果變量在對齊位置上，就可以一次取出數(shù)據(jù)，一些系統(tǒng)對對齊比較嚴(yán)格，比如spar 系統(tǒng)，取未對齊的數(shù)據(jù)就會(huì)發(fā)生錯(cuò)誤；在x86 上不會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤，只是效率下降；不同的對齊方式，在內(nèi)存中存儲(chǔ)的方法可能不一樣，合理利用字節(jié)對齊，可以有效節(jié)約存儲(chǔ)空間
結(jié)構(gòu)體對齊
結(jié)構(gòu)體對齊的規(guī)則首先要看有沒有用#pragma pack宏聲明，使用這個(gè)預(yù)編譯指令可以改變對齊規(guī)則，
有宏定義的情況下結(jié)構(gòu)體自身的大小應(yīng)為預(yù)編譯指定規(guī)定對齊的大小的整數(shù)倍，同時(shí)結(jié)構(gòu)體內(nèi)的成員的地址也會(huì)按照預(yù)編譯指定規(guī)定的大小對齊，#pragma pack 參數(shù)可以是 "1" "2" "4" "8" 或者 "16"
未使用pragma pack宏聲明
未使用pragma pack宏聲明的情況下，遵循下面三個(gè)原則：
- 第一個(gè)成員的首地址假設(shè)為0
- 每個(gè)成員的首地址大小是其自身大小的整數(shù)倍
- 結(jié)構(gòu)體的總大小，是其成員中所包含的最大類型size大小的整數(shù)倍
示例一：
// struct = 1+2+4+8
struct demostruct {
// baseAddr length padding
uint8_t a; // addr 1 1
uint16_t b; // addr+2 2 0
uint32_t c; // addr+4 4 0
uint64_t d; // addr+8 8 0
};
- 上面的例子中如果沒有結(jié)構(gòu)體的內(nèi)存對齊，真實(shí)的大小為 1 + 2 + 4+ 8 = 15 字節(jié)
按照結(jié)構(gòu)體里成員地址需要是其自身大小的整數(shù)倍的原則 假定為結(jié)構(gòu)體首地址為 addr
- 第一個(gè)成員 a 字節(jié)首地址 addr，長度為 1
- 第二個(gè)成員 b 字節(jié)首地址理論上為 addr + 1，但是按照地址對齊原則，地址必須是 2 的整數(shù)倍，所以在 a 后補(bǔ)充一個(gè)字節(jié)，b的首地址變?yōu)?add + 2，長度為 2
- 第三個(gè)成員 c 首地址理論上為 addr + 4，符合是自身長度整數(shù)倍的原則，長度為 4
- 第四個(gè)成員 d 首地址 addr + 8，符合是自身長度整數(shù)倍的原則
- 結(jié)構(gòu)體大小為 16字節(jié)，結(jié)構(gòu)體內(nèi)包含最大成員占用 8 字節(jié)，符合上述原則
打印出的結(jié)構(gòu)體大小和各成員內(nèi)存地址如下：
struct_a size 16 a addr:008726E8 b:008726EA c addr:008726EC d addr:008726F0
示例二：
// struct = 1+8+1+1
struct demostruct_b {
// baseAddr length padding
// addr 1 7
// addr+8 8 0
// addr+16 1 0
// addr+17 1 0
uint8_t a;
uint64_t b;
uint8_t c;
uint8_t d;
};
- 上面的例子中如果沒有結(jié)構(gòu)體的內(nèi)存對齊，真實(shí)的大小為 1 + 1 + 8+ 1 = 11 字節(jié)
- 第一個(gè)成員 a 字節(jié)首地址 addr，長度為 1
- 第二個(gè)成員 b 字節(jié)首地址理論上為 addr + 1，但是按照地址對齊原則，地址必須是 8 的整數(shù)倍，所以在 a 后補(bǔ)充7個(gè)字節(jié)，首地址變?yōu)?add + 8 長度為 8，
- 第三個(gè)成員 c 首地址為 addr + 16，長度為 1
- 第四個(gè)成員 d 首地址 addr + 17，長度為 1
- 結(jié)構(gòu)體大小為 18 字節(jié)，結(jié)構(gòu)體內(nèi)包含最大成員占用 8 字節(jié)，所以還需要在最后補(bǔ)充 6 字節(jié)，共 24 字節(jié)
打印出的結(jié)構(gòu)體大小和各成員內(nèi)存地址如下：
struct_b size 24 a addr:008726F8 b:00872700 c addr:00872708 addr:00872709
使用#pragma pack宏聲明
#pragma pack(push)
#pragma pack(4)
// struct = 1+8+1+1
struct demostruct_c {
// baseAddr length padding
// addr 1 3
// addr+4 8 0
// addr+12 1 0
// addr+13 1 0
uint8_t a;
uint64_t b;
uint8_t c;
uint8_t d;
};
#pragma pack(pop)
- 上面的例子中用宏定義 按照 4 字節(jié)的方式對齊
- 第一個(gè)成員 a 字節(jié)首地址 addr，長度為 1
- 第二個(gè)成員 b 字節(jié)首地址理論上為 addr + 1，但是按照地址對齊原則，地址必須是 4 的整數(shù)倍，所以在 a 后補(bǔ)充3個(gè)字節(jié)，首地址變?yōu)?add + 4 長度為 8，
- 第三個(gè)成員 c 首地址為 addr + 12，長度為 1
- 第四個(gè)成員 d 首地址 addr + 13，長度為 1
- 結(jié)構(gòu)體大小為14 字節(jié)，不是 pack(4) 的整數(shù)倍，所以在最后補(bǔ)充 2 字節(jié)，共 16 字節(jié)
struct_c size 16 a addr:00872710 b:00872714 c addr:0087271C addr:0087271D
注意：
當(dāng)#pragma pack 設(shè)定的 pack 值大于結(jié)構(gòu)體中最大成員的size 值時(shí)，應(yīng)當(dāng)以結(jié)構(gòu)體中最大成員的size作為 pack 的值
換句話說，應(yīng)該以這兩者中較小的值作為 pack 的值
#pragma pack(push)
#pragma pack(8)
// struct = 1+4 +2
struct demostruct_d {
// baseAddr length padding
// addr 1 3
// addr+4 4 0
// addr+8 2 0
uint8_t a;
uint32_t c;
uint16_t b;
};
#pragma pack(pop)
驗(yàn)證結(jié)果是12 字節(jié)，不是以設(shè)定的 pack 值 8
*struct_d size 12 a addr:00EF2720 b:00EF2728 c addr:00EF2724
