内存对齐和位域

内存对齐：

       首先，先看一段代码：

      

       我们可以看出上面那个结构体的长度为24，按照正常的计算方法，它的长度应该为14，但是现在却是24，这是什么原因呢？

       原来在程序运行的过程中为了便于cpu快速访问，同时有效地节省存储空间。c中编译器会自动进行内存对齐。

那内存对齐具体的又是什么呢？

        结构体数据内存对齐，是指结构体内的各个数据内存对齐。在结构体中的第一个成员的首地址等于整个结构体的变量的首地址，而后的成员的地址随着它声明的顺序和实际占用的字节递增。为了总的结构体大小对齐，会在结构体中插入一些没有实际意思的字符来填充（padding）结构体。

        首先，每个特定平台上的编译器都有自己的默认“对齐系数”(也叫对齐模数，对齐模数等于#pragma pack(n)所指定的n与结构体中最大数据类型的成员大小的最小值)。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就是要指定的“对齐系数”。

然后就是内存对齐要遵守的规则：

       在结构体中，成员数据对齐满足以下规则：

              a、结构体中的第一个成员的首地址也即是结构体变量的首地址。

              b、结构体中的每一个成员的首地址相对于结构体的首地址的偏移量（offset）是该成员数据类型大小的整数倍。

              c、结构体的总大小是对齐模数（对齐模数等于#pragma pack(n)所指定的n与结构体中最大数据类型的成员大小的最小值）的整数倍，不足的要补齐。

       比如上面的那个例子

       它里面最大的数据类型是double，长度为8个字节，因此，它的对齐模数为8，当存储到 char  b 后，地址读取要直接读取到double c，就需要在b的后面补上7个空的字节，使它成为一个长度为8字节的类型，当最后一个char d存储完后，它的长度就为 4 + 1 +7 + 8 + 1 = 21（红色字体为补上去的内存，下同。） 又因为结构体的长度为对齐模数的整数倍，因此，应该给它补上3个字节，使它达到24，所以后面输出的结构体大小为24。

        再看一个例子：

        

       上面这两段代码按理来说应该是一样的，但是为什么它们的大小不一样呢？

       我们一起来分析一下：

       看第一段代码： 按照我们的分析，它的大小应该为 1 + 3  + 4 + 8 + 1 + 1 + 1 +  5 = 24，这是因为当我们计算B的大小时，首先计算的是前面两个基本类型，他们之间根据内存对齐应该给第一个大小加3再加上第二个的大小所以应该为 1 + 3  + 4  = 8，然后加由结构体A创建的变量，我们可以看到，A中它的第一位为double ，因为在B中前面两个大小和刚好为8，所以根据内存对齐在A+B时不需要再进行补，而对于A来说，它的大小为 8 + 1 + 1 + 1 + 5 = 16因此，直接用前面的加后面的A所以答案为8 +  16 = 24。又因为24为A，B 中对齐模数最大的8的整数倍，所以B的大小为24。

       看第二段代码： 按照我们的分析，它的大小应该为 1 + 3  + 4 + 1 + 1 +7 + 8 + 1 +  6  = 32，这是因为当我们计算B的大小时，首先计算的是前面两个基本类型，他们之间根据内存对齐应该给第一个大小加3再加上第二个的大小所以应该为 1 + 3  + 4  = 8，然后加由结构体A创建的变量，我们可以看到，A中它的第三位为double ，因为在B中第二个变量为 int ，并且A中第一个为 char ，所以根据内存对齐在A+B时不需要再进行补，A的大小为 1 + 1 + 7 +8  + 1 +6 = 24 ，因此B的大小为8 + 24 = 32。又因为32为A，B 中对齐模数最大的8的整数倍，所以B的大小为32。

        以上就是我个人关于内存对齐的一些理解；

位域：

         首先，介绍位域：

        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。

        位域定义:   与结构定义相仿，其形式为：
        struct 位域结构名
        { 位域列表 };
        其中位域列表的形式为： 类型说明符 位域名：位域长度
        例如：
        struct A
        {

           int a:8;

           int b:2;

           int c:6;

         };

         1. 宽度为 0 的一个未命名位域强制下一位域对齐到其下一type边界，其中type是该成员的类型。

             struct bs

             {
                unsigned a:4;
                unsigned :0 ;/*空域*/
                char b:4 ;/*从下一单元开始存放*/
                unsigned c:4;
             }B;

             实验中，0x0012ff74为变量B的起始地址，位域a填充0x0012ff74的后四位，位域b从0x0012ff78开始，占据0x0012ff78的后四位。所以空域占据了从a开始的4个位剩余部 分。乍看 VC6对空域的处理是依据空域的类型，即unsigned。其实不然。经试验，空域所占大小和 a的类型及 空域的类型 二者皆相关。

即以下四种情况:

                           1.  a,空域皆为char时，二者共占据1字节；

                           2.  a 为unsigned，空域为unsigned； 

                           3.  a 为char，空域为unsigned；

                           4.  a 为unsigned，空域为char；

                           后三种情况，二者共占据4字节。

         2. 位域的长度不能大于指定类型固有长度，比如说int的位域长度不能超过32，char 的位域长度不能超过8。

         3. 位域可以无位域名，这时它只用来作填充或调整位置。无名的位域是不能使用的。例如：

            struct A

           {

               int a:1

               int :2 /*该2位不能使用*/

               int b:3

               int c:2

            };

            从以上分析可以看出，位域在本质上就是一种结构类型， 不过其成员是按二进位分配的。

同样看一段代码：

由代码我们可以看出，位域的作用，A的大小计算应该为： 4 + 1+ 1 +2 = 8;

如果当前字节位数不足，那么编译器会将下一个变量单独放置，比如上面的代码中的char c ，虽然运用了位域，但是一个char 是8位而 c占了两位，因此，d占了一块新的内存。

位域只有数据类型相同才能合并，比如b和c 因为数据类型不同，尽管int的位数够了，但是仍不能合并。

以上就是本人理解的位域内容。