C语言中内存对齐方式

内存对齐，因为它是对C/C++程序员透明的，在很多C,C++课本中也没有讲清楚，所以今天写了这篇博客，讲述为什么需要内存对齐，内存对齐怎么计算？

为什么需要内存对齐？

1、平台原因(移植原因)：不是所有的硬件平台都能访问任意地址上的任意数据的。某些硬件平台只能在某些地址处取某些特定类型的数据，否则抛出硬件异常。
2、性能原因：数据结构(尤其是栈)应该尽可能地在自然边界上对齐。原因在于，为了访问未对齐的内存，处理器需要作两次内存访问；而对齐的内存访问仅需要一次访问。

内存对齐怎么计算？

首先，需要知道内存对齐的四个准则：

1.第一个成员与结构体变量的偏移量为0

2.其他变量要对齐到对齐数（对齐数取编译器预设的一个对齐整数与该成员大小的较小值）的整数倍地址

3.结构体总大小为最大对齐数的整数倍

接下来通过几个例子来说明问题：（在4字节的32位机上）

#include <iostream>#include<stdio.h>using namespace std;struct Test{int a;char b;short c;};int main(void){Test test;printf("a=%p\n", &test.a);printf("b=%p\n", &test.b);printf("c=%p\n", &test.c);cout << sizeof(Test) << endl;return 0;}

输出结果：

分析过程：

1、首先确定每个成员的有效对齐值，由于这里没有指定对齐值 所以 每个成员的有效对齐值就是其自身数据类型的对齐值
a 的对齐值是 4字节(32位机上) b 的对齐值是 1字节 c 的对齐值是2字节
2、起始地址必须满足“起始地址%N = 0”
令起始地址位0x0000  按照变量的顺序存储 则 0x0000%4 = 0；满足条件 占用4个字节 0x0000-0x0003 折四个字节
变量b 的起始地址 是 0x0004%1 = 0满足条件 占用一个字节 就是0x0004
变量c 的起始地址 是 0x0005%2 ！=0 所以起始地址要向后移位 知道满足条件位置 0x0006%2 = 0 满足条件 占用2字节 0x0006- 0x0007
总共占用了8字节

如果变换为这样：

#include <iostream>#include<stdio.h>using namespace std;struct Test{char b;int a;short c;};int main(void){Test test;printf("a=%p\n", &test.a);printf("b=%p\n", &test.b);printf("c=%p\n", &test.c);cout << sizeof(Test) << endl;return 0;}

输出：

分析过程：

1、找变量的有效对齐位
 还是没有指定对齐值 所以就是变量自身的对齐值 b 1字节， a 4字节，c 2字节
2、起始地址满足 对有效对齐值取余=0的条件
 令其实地址为0x0000 % 1 = 0满足 
变量a 的起始地址为0x0001 %4 ！=0
 则其实地址要向后移位 知道满足条件为止 0x0004%4 = 0 占用4个字节 0x0004-0x0007
变量c 的起始地址为 0x0008 %2
 = 0 满足条件 占用两个字节 0x0008-0x0009
总共占用了10个字节的内存空间
3、圆整 结构体的有效对齐值是4 所以 总共占用的硬为（10+2）%4
 = 0个字节 12个字节 

再来看以下几个例子练习下：（以下例子是在VS2013上写的，默认成员内存对齐为8）

例子1：

输出：16

例子2：

输出：24

例子3：

输出：16

输出：12

附录：微软经典面试题：

#include <iostream.h>#pragma pack(8)struct example1{short a;long b;};struct example2{char c;example1 struct1;short e;};#pragma pack()int main(int argc, char* argv[]){example2 struct2;cout << sizeof(example1) << endl;cout << sizeof(example2) << endl;cout << (unsigned int)(&struct2.struct1) - (unsigned int)(&struct2) << endl;return 0;}

输出：

8

16

4

在网络程序中，掌握这个概念可是很重要的喔，在不同平台之间（比如在Windows 和Linux之间）传递2进制流（比如结构体），那么在这两个平台间必须要定义相同的对齐方式，不然莫名其妙的出了一些错的······