结构体内存对齐

一、内存对齐的原因
大部分的参考资料都是如是说的：
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。

 

 

二、对齐方式

   每个平台上的编译器都有自己的默认“对齐系数”。同时，我们也可以通过预编译命令#pragma pack(n)...#pragma pack()来改变对齐系数n，取值为1，2，4，8，16。

   当结构体进行内存分配时，分两步对齐：第一、每个结构体成员所分配的存储位置与起始点的偏移量必须能够整除min(对齐系数,成员字节数)，这一步可以称为成员对齐；第二、整个结构体所占存储空间要能整除min(max(成员字节数)，对齐系数)，这一步可以称为结构体对齐。

 

三、实例解说

   为了更清晰地说明这个问题，以两个成员内容相同但成员顺序不同的例子来解说：

   表格公式为：与起始位置偏移量%min(对齐系数，该成员所占字节数)，它必须满足可以整除的条件。

               max(成员所占字节数)=8

 

1。对齐系数为1

（1）double,char,short,int

#pragma pack(1)
struct s
{ 
 double a;
 char b;
 short c;
 int d;
}x;
#pragma pack()

内存分配情况（成员对齐）：

Double								Char	Short		int
0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
与起始位置偏移为0								8%min(1,1)=0	9%min(1,2)=0		11%min(1,4)=0

占用空间为15（结构体对齐）。15%min(8,1)=0

 

（2）double,char,int,short

#pragma pack(1)
struct s
{ 
double a;
char b;
int c;
short d;
}x;
#pragma pack()

内存分配情况： 

Double								Char	int				short
0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
与起始位置偏移为0								8%min(1,1)=0	9%min(1,4)=0				13%min(1,2)=0

占用空间15。15%min(8,1)=0

 

2。对齐系数为2

（1）double,char,short,int

#pragma pack(2)
struct s
{ 
 double a;
 char b;
 short c;
 int d;
}x;
#pragma pack()

内存分配情况： 

Double								Char		Short		int
0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
与起始位置偏移为0								8%min(2,1)=0		10%min(2,2)=0		12%min(2,4)=0

占用空间16。16%min(8,2)=0。

 

（2）double,char,int,short

#pragma pack(2)
struct s
{ 
double a;
char b;
int c;
short d;
}x;
#pragma pack()

内存分配情况： 

Double								Char		int				short
0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
与起始位置偏移为0								8%min(2,1)=0		10%min(2,4)=0				14%min(2,2)=0

 占用空间16。16%min(8,2)=0。

 

3。对齐系数为4

（1）double,char,short,int

#pragma pack(4)
struct s
{ 
 double a;
 char b;
 short c;
 int d;
}x;
#pragma pack()

内存分配情况： 

Double								Char		Short		int
0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
与起始位置偏移为0								8%min(4,1)=0		10%min(4,2)=0		12%min(4,4)=0

占用空间16。16%min(8,4)=0。

 

（2）double,char,int,short

#pragma pack(4)
struct s
{ 
double a;
char b;
int c;
short d;
}x;
#pragma pack()

内存分配情况：

Double								Char				int				short
0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18	19
与起始位置偏移为0								8%min(4,1)=0				12%min(4,4)=0				16%min(4,2)=0

占用空间18+2=20。20%min(8,4)=0。有两个富余空间18,19。

 

4。对齐系数为8

（1）double,char,short,int

#pragma pack(8)
struct s
{ 
 double a;
 char b;
 short c;
 int d;
}x;
#pragma pack()

内存分配情况： 

Double								Char		Short		int
0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
与起始位置偏移为0								8%min(8,1)=0		10%min(8,2)=0		12%min(8,4)=0

占用空间16。16%min(8,8)=0。

 

（2）double,char,int,short

#pragma pack(8)
struct s
{ 
double a;
char b;
int c;
short d;
}x;
#pragma pack()

内存分配情况：

Double								Char				int				short
0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18…23
与起始位置偏移为0								8%min(8,1)=0				12%min(8,4)=0				16%min(8,2)=0

占用空间18+6=24。24%min(8,8)=0。有六个富余空间18至23。