C 字节对齐

在结构体中,结构体成员声明的先后顺序可能会影响结构体所占内存大小,这是由于编译器进行了字节对齐处理.

代码一

代码一 运行结果如下

明明结构体成员的总字节大小只有8为何这个结构体要占12个字节,这就是字节对齐造成的.

1. 什么是字节对齐?

在C语言中,结构是一种复合数据类型,其构成元素既可以是基本数据类型(如int、long、float等)的变量,也可以是一些复合数据类型(如数组、结构、联合等)的数据单元。在结构中,编译器为结构的每个成员按其自然边界(alignment)分配空间。各个成员按照它们被声明的顺序在内存中顺序存储,第一个成员的地址和整个结构的地址相同。

为了使CPU能够对变量进行快速的访问,变量的起始地址应该具有某些特性,即所谓的”对齐”. 比如4字节的int型,其起始地址应该位于4字节的边界上,即起始地址能够被4整除.

2. 字节对齐有什么作用?

字节对齐的作用不仅是便于cpu快速访问,同时合理的利用字节对齐可以有效地节省存储空间。

对于32位机来说,4字节对齐能够使cpu访问速度提高,比如说一个long类型的变量,如果跨越了4字节边界存储,那么cpu要读取两次,这样效率就低了。但是在32位机中使用1字节或者2字节对齐,反而会使变量访问速度降低。所以这要考虑处理器类型,另外还得考虑编译器的类型。在vc中默认是4字节对齐的,GNU gcc 也是默认4字节对齐。

我用大白话解释一下,32位CPU喜欢4个字节的拿数据,因为这样顺手,比较快,那么编译器就得配合CPU的这个习惯,就4个字节的对齐.

把内存想象成一个存放数据的仓库,仓库里有一个一个的盒子(byte),每个盒子有八格(bit)用来存放数据,取货机(CPU)工作的时候,从这个仓库取数据,一次拿4个盒子的数据,因为这个取货机的机械臂刚好一次性能拿4个盒子(32位即4个字节),机械臂为了提高取盒子效率,当然是按它能拿的上限取盒子了.

再看编译器如何对齐数据,以上面的代码为例

x1占一个字节,x2占两个字节,加上一起共三个字节,不足四个字节,编译器是个强迫症患者啊,只看得惯4个 4个的字节在一起,多一个字节怎么办,让后面一个结构体成员用?不行啊,人家x3比较胖要4个字节才装的下,于是编译器就在x2后面补一个空字节,让x1和x2一起用了4个字节.x3正好4个字节,符合编译器的强迫症习惯,嗯不用做对齐调整,好了.后面x4又让编译器抓狂了,太瘦只需要一个字节,不行一定要对齐,于是编译器给x4补了3个空字节,又是4个字节分配出去了.

x1 x2 分配了4个字节

x3 单独分配了4个字节

x4 也单独分配了4个字节

于是12个字节出去了,这个结构体就占了12个字节

 

理解以上之后,对结构体中成员声明顺序稍作调整,就可以省四个字节了

代码二

结果

 

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