内存对齐 位域

一、内存对齐

许多计算机系统对基本类型数据在内存中存放的位置有限制，他们会要求这些数据的首地址的值是某个数k(通它为4或8)的倍数，这就是所谓的内存对齐，而这个k则被称为该数据类型的对齐模数。这种强制的要求一来简化了处理器与内存之间传输系统的设计，二来可以提升读取数据的速度。比如这么一处理，它每次读写内存的时候都从某个8倍数的地址开始，一次读出或写入8个字节的数据，假如软件能保证double型的数据都从8倍数地址开始，那么读或写一个double类型数据就只需要一次内存操作。否则，我们就可能需要两次存操作才能完成这个动作，因为数据或许恰好横跨在两个符合对齐要求的8字节内存块上。某些处理器在数据不满足齐要求的情况下可能会出错，但是Intel的IA32架构的处理器则不管数据是否对齐都能正确工作。但是如果想提升性能，那么所有的程序数据都应该尽可能地对齐。

内 存对齐的规定:

1.数据成员对齐规则：结构（struct或联合union）的数据成员，第一个数据成员放在offset为0的地方，以后每个数据成员存储的起始位置要从该成员自身大小的整数倍开始（比如int在32位机为4字节，则要从4的整数倍地址开始存储）。

编译器在给结构体开辟空间时，首先找到结构体中最宽的基本数据类型，然后寻找内存地址能被该基本数据类型所整除的位置，作为结构体的首地址。将这个最宽的基本数据类型的大小作为上面介绍的对齐数。


2.结构体作为成员：如果一个结构里有某些结构体成员，则结构体成员要从其内部最大元素大小的整数倍地址开始存储。（struct a里存有struct b，b里有char，int，double等元素，那b应该从8的整数倍开始存储。）

为结构体的一个成员开辟空间之前，编译器首先检查预开辟空间的首地址相对于结构体首地址的偏移是否是本成员的整数倍，若是，则存放本成员，反之，则在本成员和上一个成员之间填充一定的字节，以达到整数倍的要求，也就是将预开辟空间的首地址后移几个字节。


3.结构体成员相对首地址偏移量必须是成员大小的整数倍，也就是内存对齐。


4.结构体总大小必须是对齐模数的整数倍，举个例子，你最后加出来的值为30，但是你得对齐模数是8，这时候你就要补充两个字节，让结构体大小为32.

5.结构体的对齐模数其实还是自定义的  具体的格式就是我这样:

#pragma back(需要的对其模数) 


二、位域

1）位域是什么？

有些信息在存储时，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。一、位域的定义和位域变量说明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 bs

   {

   int a:8;

   int b:2;

   int c:6;

   };

2）位域的存储要求

1. 一个位域必须存储在同一个字节中，不能跨两个字节。如一个字节所剩空间不够存放另一位域时，应从下一单元起存放该位域。也可以有意使某位域从下一单元开始。例如：

struct bs

{

unsigned char a : 4;

unsigned char b : 5;/*从下一单元开始存放*/

unsigned char c : 2;

};

cout << sizeof(bs);

2. 由于位域不允许跨两个字节，因此位域的长度不能大于一个字节的长度，也就是说不能超过8位二进位。

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 k

   {

   char  a:1：

   char   :2 ：/*该2位不能使用*/

   char  b:3：

   char  c:3：

   };

   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。

3)位域的使用:

位域的使用和结构成员的使用相同，其一般形式为： 位域变量名·位域名 位域允许用各种格式输出。

 main(){

   struct bs

  {

   unsigned a:1;

   unsigned b:3;

   unsigned c:4;

   } 

   bit,*pbit;

   bit.a=1;

   bit.b=7;

   bit.c=15;

   printf("%d,%d,%d/n",bit.a,bit.b,bit.c);

   pbit=&bit;

   pbit->a=0;

   pbit->b&=3;

   pbit->c|=1;

   printf("%d,%d,%d/n",pbit->a,pbit->b,pbit->c);

}

上例程序中定义了位域结构bs，三个位域为a,b,c。说明了bs类型的变量bit和指向bs类型的指针变量pbit。这表示位域也是可以使用指针的。程序的9、10、11三行分别给三个位域赋值。( 应注意赋值不能超过该位域的允许范围)程序第12行以整型量格式输出三个域的内容。第13行把位域变量bit的地址送给指针变量pbit。第14行用指针 方式给位域a重新赋值，赋为0。第15行使用了复合的位运算符"&="， 该行相当于： pbit->b=pbit->b&3位域b中原有值为7，与3作按位与运算的结果为3(111&011=011,十进制值为 3)。同样，程序第16行中使用了复合位运算"|="， 相当于： pbit->c=pbit->c|1其结果为15。程序第17行用指针方式输出了这三个域的值。 位域可以有效地节省空间~~  

4)位域的大小：

种位域储时的注意事项.

如果位域字段之间穿插着非位域字段，则不进行压缩；

  struct bs

   {

      char c:2;

      double i;

      int c2:4;

   };

struct bs

{

char c : 2;

int c2 : 4;

double i;

};

我只是调换一下顺序该位域的大小就会改变.

.实现1+2+3...+n，要求不能使用乘除法、循环、条件判断、选择相关的关键字。

int nFactorial(int n)
{
    int num = 0;
    (n > 0) && (num = n + nFactorial(n - 1));
     return num;

}

实现一个Add函数，让两个数相加，但是不能使用+、-、*、/等四则运算符。ps:也不能用++、--等等(提示 位运算)

int Add(int num1,int num2)  

{   

  if (num1 == 0)  

{

return num2;

}

if (num2==0）

{

return num1;

}

if (num1 == 0 && num2 == 0)  

{

return 0;

}

 int yyr = num1^num2;

 int tty = (num1&num2) << 1;  

 return Add(yyr, tty);  

}