内存对齐

讨论

• 32-bit机器，一次总线访问最多32bit数据
  
  • 32bit以内的数据，一次总线传输即可完成。
• 机器的设计：
  
  • 32-bit机器，访问一个32-bit数据（int）
    
    • 可以一次取8bit，共取4次，放到总线
    • 一次取16bit, 共取2次，放到总线
    • 一次取32bit, 取1次，放到总线
  • 可见，机器为了实现效率，一定会在电路设计上做到：
    
    • 地址线多宽，一次就能访问多长的数据，而不用改变电信号。
    • 为了简便，干脆使访问地址都是宽度的整数倍
  • 所以：
    
    • 在32-bit机器上，访问的地址是4的倍数
    • 在64-bit机器上，访问的地址是8的倍数
    • 如果数据地址不是倍数的话，就需要再做移位运算
  • 在这种存储方式下，时间效率最优
  • 当然，你也可以给机器说，我放弃时间效率最优，因为我的存储空间捉襟见肘。机器说，好吧,那你来指定存放方式。于是就可以手动修改为2字节对齐，4字节对齐。但你不能说3字节对齐，char(1),short(16),int(32), 如果用3字节对齐，时间空间都牺牲了。
  • 所谓以n字节对齐，相当于你把地址线宽度修改成了n，在地址线宽度n的情况下实现时间效率最优。

说明

struct Stru{    char a;    short b;    char c;};

32-bit机器（4字节对齐），上述结构体size为6，如果变为

struct Stru{    char a;    char c;    short b;};

size为4.

看这段代码：

int main(void){    char a;    char b;    short c;    printf("&a : %p\n", &a);    printf("&b : %p\n", &b);    printf("&c : %p\n", &c);    return 0;}

打印：

&a : 0x7fff548fabfb&b : 0x7fff548fabfa&c : 0x7fff548fabf8

在内存中的地址顺序：c, a, b. 这与结构体不一样，结构体中实际顺序是书写顺序，但在这里不是。

调整一下顺序：

char a;short c;char b;

打印：

&a : 0x7fff546cdbfb&b : 0x7fff546cdbf7&c : 0x7fff546cdbf8

顺序： b, c, a

一般变量在存储时，由编译器决定顺序。 编译器会进行优化。

Questions

32-bit机器上，4字节对齐，char+short结构体怎么放？

假如char放在0x0000处，short放在0x0001吗？这样放似乎没有什么问题。

然而，struct可以构成结构体数组，来看看这会出现什么情况

图中斜线表示char， 方格表示padding.

可以看到，第一个short首地址偏移1， 第二个往后变成了2. 也就是说，在结构体数组中，成员变量偏移不确定。所以这种情况是一定要避免的。解决的方法就是（设n字节对齐）：当成员变量小于等于n时，成员变量的地址是它宽度的整数倍. 结构体size为最大成员变量的整数倍。 这样，在上述情况中，short就总是偏移2了。

32-bit和64-bit机器上，下面结构体的大小

#include <stdio.h>//#pragma park(4)struct Str{    char a;    long b;    char c;};int main(void){    struct Str st;    printf("size of struct st: %lu\n", sizeof(st));    return 0;}

64-bit: size of struct st: 24

32-bit: size of struct st: 16

我用的64bit机器，所以4字节对齐时，我加上#pragme pack(4)

下面解释一下：

根据上面的结论：当成员变量小于等于n时，成员变量的地址是它宽度的整数倍。结构体size为最大成员变量的整数倍。 当n = 8, 结构体为8×3 = 24.

当n = 4, long大于n，成员变量的地址应是4的整数倍，结构体size为4的整数倍。这时4×4 ＝ 16.