struct自然邊界上的記憶體對齊
阿新 • • 發佈：2018-10-31
記憶體對齊大多數情況對程式設計師是透明的，是由編譯器自動處理。在C裡面允許我們干預記憶體對齊。而由於記憶體對齊的原因，巧妙的設計結構體也是非常必要的。
關於記憶體對齊問題，字、雙字和四字在自然邊界上不需要在記憶體中對齊，對字、雙字和四字來說自然邊界分別是奇數地址，可以被2整除地址，和被4整除地址。而資料訪問未對齊的記憶體，處理器需要作兩次記憶體訪問，而對齊的記憶體只作一次訪問；這是原因之一，另外不是所有的硬體平臺都能訪問任意地址上的任意資料的；某些硬體平臺只能在某些地址處取某些特定型別的資料，否則丟擲硬體異常。因此為提高程式效能，資料結構尤其是棧應儘可能在自然邊界上對齊。
一個字起始地址是奇數（當然偶數也行）但卻沒有跨越字邊界，被認為是對齊的。下面來看個例子：
struct TestStruct1
{
char c1;
short s;
char c2;
int i;
};
如果是這樣的結構：
struct TestStruct2
{
char c1;
char c2;
short s;
};
c1地址如果是0，接下來到c2，由於是一個字自然邊界是奇數，所以對齊不需後移，故c2地址為1；到s，雙字自然邊界被2整除，也對齊，不需後移，地址為2；到i，四字自然邊界被4整除，不需後移，地址為4；結構體大小為8。
接下來再看一個例子：
struct TestStruct3
{
char c1;
int j;
char c2;
};
c1地址如果是0，接下來由於j四字自然邊界被4整除，而沒有對齊，故地址後移3位，為4；到c2，一字自然邊界是奇數不用後移，地址為8，整個結構體應該為9，但很可惜，其實大小為12。
為什麼呢，原因是前面是int，申請的大小為4，以後申請的大小應該都為4。這樣解釋貌似合理。
再看一個例子：
struct TestStruct4
{
char c1;
int j;
char c2;
char c3
};
其中c1，j，c2和TestStruct3一樣，到c3，由於c2申請的4個只用了1個，而又有c3自然邊界是奇數，故可以不用後移，地址為9，當然結構體大小也不變為12。
若結構體變成這種：
struct TestStruct5
{
char c1;
int j;
char c2;
short i；
};
則在最後的i，自然邊界為偶數，而又有c2申請了4個只用了1個，3個夠用，所以可以只後移一位，地址為10，結構體大小依舊為12。
再看最後一個例子：
struct TestStruct6
{
char c1;
int j;
short i1；
char c2；
short i2；
};
c1如果地址0，那麼j為4，i1為8，char c2為10，接下來的地址為11，由於i2自然邊界是偶數，則後移到12，這時i1申請的4個地址全部用完，這時i2申請的大小應該為多少呢，實驗證明：還是申請4。結構體大小為：16。
以上看來，結構體的設計技巧對記憶體空間的管理還是很重要的，
而在C中允許干涉記憶體對齊的“家庭糾紛“的方法就是用預處理命令#pragma，在所有預處理命令中，它可能也是最複雜的，它的作用是設定編譯器的狀態或是指示編譯器完成一些特定的動作，關於這個命令的用法，我還沒詳細瞭解多少。
這裡用到的是：#pragma pack(n) 和#pragma()；前者是編譯器按n個位元組對齊，後者是取消編譯器的自定義位元組對齊方式，一般需要對一個物件自定義，則將其寫在兩者之間即可。
關於記憶體對齊問題，字、雙字和四字在自然邊界上不需要在記憶體中對齊，對字、雙字和四字來說自然邊界分別是奇數地址，可以被2整除地址，和被4整除地址。而資料訪問未對齊的記憶體，處理器需要作兩次記憶體訪問，而對齊的記憶體只作一次訪問；這是原因之一，另外不是所有的硬體平臺都能訪問任意地址上的任意資料的；某些硬體平臺只能在某些地址處取某些特定型別的資料，否則丟擲硬體異常。因此為提高程式效能，資料結構尤其是棧應儘可能在自然邊界上對齊。
一個字起始地址是奇數（當然偶數也行）但卻沒有跨越字邊界，被認為是對齊的。下面來看個例子：
struct TestStruct1
{
char c1;
short s;
char c2;
int i;
};
如果是這樣的結構：
struct TestStruct2
{
char c1;
char c2;
short s;
};
c1地址如果是0，接下來到c2，由於是一個字自然邊界是奇數，所以對齊不需後移，故c2地址為1；到s，雙字自然邊界被2整除，也對齊，不需後移，地址為2；到i，四字自然邊界被4整除，不需後移，地址為4；結構體大小為8。
接下來再看一個例子：
struct TestStruct3
{
char c1;
int j;
char c2;
};
c1地址如果是0，接下來由於j四字自然邊界被4整除，而沒有對齊，故地址後移3位，為4；到c2，一字自然邊界是奇數不用後移，地址為8，整個結構體應該為9，但很可惜，其實大小為12。
為什麼呢，原因是前面是int，申請的大小為4，以後申請的大小應該都為4。這樣解釋貌似合理。
再看一個例子：
struct TestStruct4
{
char c1;
int j;
char c2;
char c3
};
其中c1，j，c2和TestStruct3一樣，到c3，由於c2申請的4個只用了1個，而又有c3自然邊界是奇數，故可以不用後移，地址為9，當然結構體大小也不變為12。
若結構體變成這種：
struct TestStruct5
{
char c1;
int j;
char c2;
short i；
};
則在最後的i，自然邊界為偶數，而又有c2申請了4個只用了1個，3個夠用，所以可以只後移一位，地址為10，結構體大小依舊為12。
再看最後一個例子：
struct TestStruct6
{
char c1;
int j;
short i1；
char c2；
short i2；
};
c1如果地址0，那麼j為4，i1為8，char c2為10，接下來的地址為11，由於i2自然邊界是偶數，則後移到12，這時i1申請的4個地址全部用完，這時i2申請的大小應該為多少呢，實驗證明：還是申請4。結構體大小為：16。
以上看來，結構體的設計技巧對記憶體空間的管理還是很重要的，
而在C中允許干涉記憶體對齊的“家庭糾紛“的方法就是用預處理命令#pragma，在所有預處理命令中，它可能也是最複雜的，它的作用是設定編譯器的狀態或是指示編譯器完成一些特定的動作，關於這個命令的用法，我還沒詳細瞭解多少。
這裡用到的是：#pragma pack(n) 和#pragma()；前者是編譯器按n個位元組對齊，後者是取消編譯器的自定義位元組對齊方式，一般需要對一個物件自定義，則將其寫在兩者之間即可。
#SinaEditor_Temp_FontName它的規則是：成員自身的對齊方式和n相比，位元組對齊是以較小的為準。
本文轉載自關於記憶體對齊