C语言内存字节对齐小结
在C語言面試和考試中經常會遇到內存字節對齊的問題。今天就來對字節對齊的知識進行小結一下。
首先說說為什么要對齊。為了提高效率，計算機從內存中取數據是按照一個固定長度的。以32位機為例，它每次取32個位，也就是4個字節（每字節8個位，計算機基礎知識，別說不知道）。字節對齊有什么好處？以int型數據為例，如果它在內存中存放的位置按4字節對齊，也就是說1個int的數據全部落在計算機一次取數的區間內，那么只需要取一次就可以了。如圖a-1。如果不對齊，很不巧，這個int數據剛好跨越了取數的邊界，這樣就需要取兩次才能把這個int的數據全部取到，這樣效率也就降低了。
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內存對齊是會浪費一些空間的。但是這種空間上得浪費卻可以減少取數的時間。這是典型的一種以空間換時間的做法。空間與時間孰優孰略這個每個人都有自己的看法，但是C語言既然采取了這種以空間換時間的策略，就必然有它的道理。況且，在存儲器越來越便宜的今天，這一點點的空間上的浪費就不算什么了。
需要說明的是，字節對齊不同的編譯器可能會采用不同的優化策略，以下以GCC為例講解結構體的對齊.
一、原則：
1.結構體內成員按自身按自身長度自對齊。
自身長度，如char=1，short=2，int=4，double=8,。所謂自對齊，指的是該成員的起始位置的內存地址必須是它自身長度的整數倍。如int只能以0,4,8這類的地址開始
2.結構體的總大小為結構體的有效對齊值的整數倍
結構體的有效對齊值的確定：
1）當未明確指定時，以結構體中最長的成員的長度為其有效值
2）當用#pragma pack(n)指定時，以n和結構體中最長的成員的長度中較小者為其值。
3）當用__attribute__ ((__packed__))指定長度時，強制按照此值為結構體的有效對齊值
二、例子
1。
struct AA{
?? ?char a;
?? ?int b;
?? ?char c;?
}aa
結果，sizeof（aa）=12
何解？首先假設結構體內存起始地址為0，那么地址的分布如下
0 ?a
1 ?
2
3
4 ?b
5 ?b
6 ?b
7 ?b
8 ?c
9
10
11
char的字對齊長度為1，所以可以在任何地址開始，但是，int自對齊長度為4，必須以4的倍數地址開始。所以，盡管1-3空著，但b也只能從4開始。再加上c后，整個結構體的總長度為9，結構體的有效對齊值為其中最大的成員即int的長度4，所以，結構體的大小向上擴展到12，即9-11的地址空著。
2.
struct AA{
?? ?char a;
char c;?
?? ?int b;?? ?
}aa
sizeof（aa）=8，為什么呢
0 ?a
1 ?c
2
3
4 ?b
5 ?b
6 ?b
7 ?b
因為c為char類型，字對齊長度為1，所以可以有效的利用1-3間的空格。看見了吧，變量定義的位置的不同時有可能影響結構體的大小的哦！
3.
#pragma pack(2)
struct AA{
?? ?char a;
?? ?int b;
?? ?char c;?
}aa
sizeof（aa）=10,
為什么呢？a到c只占9字節長度，因為結構體的有效對齊長度在pack指定的2和int的4中取
較小的值2。故取2的倍數10。
如果當pack指定為8呢?那就仍然按4來對齊，結果仍然是12。
4.
struct AA{
?? ?char a;
?? ?int b;
?? ?char c;?
}__attribute__((__8__))aa
sizeof(aa)=16,）
為咩？其實a到c仍然只占9字節長度，但結構體以8對齊，故取8的倍數16.
如果其指定2，則結果為10
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如果pragma pack和__attribute__ 同時指定呢？以__attribute__ 的為準。
需要說明的是，不管pragma pack和__attribute__如何指定，結構體內部成員的自對齊仍然按照其自身的對齊值。
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另外，不同的編譯器可能會對內存的分布進行優化，
例如有些編譯器會把立體1中的程序優化成例題2的樣子。但這屬于編譯器的問題，
這里不做詳細討論。如果要作為編程的參考的話，最好當做編譯器不會做優化，
盡量在保持代碼清晰的情況下，自己手動將例題1優化成例題2的樣子。
如果是做題的話，按照以上原則做就可以了，不用考慮不同編譯器的特性。
總結
以上是生活随笔為你收集整理的C语言内存字节对齐小结的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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