C++内存对齐

Bertha 。 2022-06-08 05:07 204阅读 0赞

## 内存对齐 ##

在我们的程序中，数据结构还有变量等等都需要占有内存，在很多系统中，它都要求内存分配的时候要对齐，这样做的好处就是可以提高访问内存的速度。  
  
  
我们还是先来看一段简单的程序：  
  
  
程序一

1 \#include  < iostream >   
  2  using  namespace  std;  
  3   
  4  struct  X1  
  5 \{  
  6  int  i; // 4个字节   
  7   char  c1; // 1个字节   
  8   char  c2; // 1个字节   
  9  \};  
 10   
 11  struct  X2  
 12 \{  
 13  char  c1; // 1个字节   
 14   int  i; // 4个字节   
 15   char  c2; // 1个字节   
 16  \};  
 17   
 18  struct  X3  
 19 \{  
 20  char  c1; // 1个字节   
 21   char  c2; // 1个字节   
 22   int  i; // 4个字节   
 23  \};  
 24  int  main()  
 25 \{  
 26  cout << " long  " << sizeof ( long ) << " \\n " ;  
 27  cout << " float  " << sizeof ( float ) << " \\n " ;  
 28  cout << " int  " << sizeof ( int ) << " \\n " ;  
 29  cout << " char  " << sizeof ( char ) << " \\n " ;  
 30   
 31  X1 x1;  
 32  X2 x2;  
 33  X3 x3;  
 34  cout << " x1 的大小  " << sizeof (x1) << " \\n " ;  
 35  cout << " x2 的大小  " << sizeof (x2) << " \\n " ;  
 36  cout << " x3 的大小  " << sizeof (x3) << " \\n " ;  
 37  return  0 ;  
 38 \}

这段程序的功能很简单，就是定义了三个结构X1,X2,X3,这三个结构的主要区别就是内存数据摆放的顺序，其他都是一样的，另外程序输入了几种基本类型所占用的字节数，以及我们这里的三个结构所占用的字节数。  
  
这段程序的运行结果为：

1 long  4   
 2  float  4   
 3  int  4   
 4  char  1   
 5 x1 的大小  8   
 6 x2 的大小  12   
 7 x3 的大小  8

结果的前面四行没有什么问题，但是我们在最后三行就可以看到三个结构占用的空间大小不一样，造成这个原因就是内部数据的摆放顺序，怎么会这样呢？  
  
下面就是我们需要讲的内存对齐了。  
  
内存是一个连续的块，我们可以用下面的图来表示, 它是以4个字节对一个对齐单位的：  
  
 图一

![mem1.jpg][]

让我们看看三个结构在内存中的布局：  
  
首先是 X1，如下图所示

![mem2.jpg][]

X1 中第一个是 Int类型，它占有4字节，所以前面4格就是满了，然后第二个是char类型，这中类型只占一个字节，所以它占有了第二个4字节组块中的第一格，第三个也是char类型，所以它也占用一个字节，它就排在了第二个组块的第二格，因为它们加在一起大小也不超过一个块，所以他们三个变量在内存中的结构就是这样的，因为有内存分块对齐，所以最后出来的结果是8，而不是6，因为后面两个格子其实也算是被用了。  
  
再次看看X2，如图所示

![mem4.jpg][]

X2中第一个类型是Char类型，它占用一个字节，所以它首先排在第一组块的第一个格子里面，第二个是Int类型，它占用4个字节，第一组块已经用掉一格，还剩3格，肯定是无法放下第二Int类型的，因为要考虑到对齐，所以不得不把它放到第二个组块，第三个类型是Char类型，跟第一个类似。所因为有内存分块对齐，我们的内存就不是8个格子了，而是12个了。  
  
  
再看看X3，如下图所示：

![mem3.jpg][]

关于X3的说明其实跟X1是类似的，只不过它把两个1个字节的放到了前面，相信看了前面两种情况的说明这里也是很容易理解的。  
  
  
唉，写到这手都累了，关键是要画图，希望通过此文能让你理解内存对齐的基本概念，如果有问题，请留言。  
  
此文完

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[mem2.jpg]: /images/20220608/8da43818cafa40a7a79a0f98e4c3e65d.png
[mem4.jpg]: /images/20220608/962f063b33c04447864d52f3fd84aabc.png
[mem3.jpg]: /images/20220608/920bffe4a50b42898fb99296510a5831.png