c语言中内存对齐问题

在最近的项目中,我们涉及到了“内存对齐”技术。对于大部分程序员来说,“内存对齐”对他们来说都应该是“透明的”。“内存对齐”应该是编译器的“管辖范围”。编译器为程序中的每个“数据单元”安排在适当的位置上。但是C语言的一个特点就是太灵活,太强大,它允许你干预“内存对齐”。如果你想了解更加底层的秘密,“内存对齐”对你就不应该再透明了。

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、对齐规则 每个特定平台上的编译器都有自己的默认“对齐系数”(也叫对齐模数)。程序员可以通过预编译命令#pragma  pack(n),n=1,2,4,8,16来改变这一系数,其中的n就是你要指定的“对齐系数”。

规则: 1、数据成员对齐规则:结构(struct)(或联合(union))的数据成员,第一个数据成员放在offset为0的地方,以后每个数据成员的对齐按照#pragma  pack指定的数值和这个数据成员自身长度中,比较小的那个进行。 2、结构(或联合)的整体对齐规则:在数据成员完成各自对齐之后,结构(或联合)本身也要进行对齐,对齐将按照#pragma  pack指定的数值和结构(或联合)最大数据成员长度中,比较小的那个进行。 3、结合1、2颗推断:当#pragma  pack的n值等于或超过所有数据成员长度的时候,这个n值的大小将不产生任何效果。

三、试验 我们通过一系列例子的详细说明来证明这个规则吧! 我试验用的编译器包括GCC 3.4.2和VC6.0的C编译器,平台为Windows  XP + Sp2。

我们将用典型的struct对齐来说明。首先我们定义一个struct: #pragma pack(n) /* n = 1, 2, 4, 8, 16  */ struct test_t {  int a;  char b;  short c;  char  d; }; #pragma  pack(n) 首先我们首先确认在试验平台上的各个类型的size,经验证两个编译器的输出均为: sizeof(char) =  1 sizeof(short) = 2 sizeof(int) = 4

我们的试验过程如下:通过#pragma pack(n)改变“对齐系数”,然后察看sizeof(struct test_t)的值。

1、1字节对齐(#pragma pack(1)) 输出结果:sizeof(struct test_t) = 8  [两个编译器输出一致] 分析过程: 1) 成员数据对齐 #pragma pack(1) struct test_t {  int  a;  /* 长度4 < 1 按1对齐;起始offset=0 0%1=0;存放位置区间[0,3] */  char b;  /* 长度1 = 1  按1对齐;起始offset=4 4%1=0;存放位置区间[4] */  short c; /* 长度2 > 1 按1对齐;起始offset=5  5%1=0;存放位置区间[5,6] */  char d;  /* 长度1 = 1 按1对齐;起始offset=7 7%1=0;存放位置区间[7]  */ }; #pragma pack() 成员总大小=8

2) 整体对齐 整体对齐系数 = min((max(int,short,char), 1) = 1 整体大小(size)=$(成员总大小) 按  $(整体对齐系数) 圆整 = 8 /* 8%1=0 */ [注1]

2、2字节对齐(#pragma pack(2)) 输出结果:sizeof(struct test_t) = 10  [两个编译器输出一致] 分析过程: 1) 成员数据对齐 #pragma pack(2) struct test_t {  int  a;  /* 长度4 > 2 按2对齐;起始offset=0 0%2=0;存放位置区间[0,3] */  char b;  /* 长度1 <  2 按1对齐;起始offset=4 4%1=0;存放位置区间[4] */  short c; /* 长度2 = 2 按2对齐;起始offset=6  6%2=0;存放位置区间[6,7] */  char d;  /* 长度1 < 2 按1对齐;起始offset=8 8%1=0;存放位置区间[8]  */ }; #pragma pack() 成员总大小=9

2) 整体对齐 整体对齐系数 = min((max(int,short,char), 2) = 2 整体大小(size)=$(成员总大小) 按  $(整体对齐系数) 圆整 = 10 /* 10%2=0 */

3、4字节对齐(#pragma pack(4)) 输出结果:sizeof(struct test_t) = 12  [两个编译器输出一致] 分析过程: 1) 成员数据对齐 #pragma pack(4) struct test_t {  int  a;  /* 长度4 = 4 按4对齐;起始offset=0 0%4=0;存放位置区间[0,3] */  char b;  /* 长度1 < 4  按1对齐;起始offset=4 4%1=0;存放位置区间[4] */  short c; /* 长度2 < 4 按2对齐;起始offset=6  6%2=0;存放位置区间[6,7] */  char d;  /* 长度1 < 4 按1对齐;起始offset=8 8%1=0;存放位置区间[8]  */ }; #pragma pack() 成员总大小=9

2) 整体对齐 整体对齐系数 = min((max(int,short,char), 4) = 4 整体大小(size)=$(成员总大小) 按  $(整体对齐系数) 圆整 = 12 /* 12%4=0 */

4、8字节对齐(#pragma pack(8)) 输出结果:sizeof(struct test_t) = 12  [两个编译器输出一致] 分析过程: 1) 成员数据对齐 #pragma pack(8) struct test_t {  int  a;  /* 长度4 < 8 按4对齐;起始offset=0 0%4=0;存放位置区间[0,3] */  char b;  /* 长度1 <  8 按1对齐;起始offset=4 4%1=0;存放位置区间[4] */  short c; /* 长度2 < 8 按2对齐;起始offset=6  6%2=0;存放位置区间[6,7] */  char d;  /* 长度1 < 8 按1对齐;起始offset=8 8%1=0;存放位置区间[8]  */ }; #pragma pack() 成员总大小=9

2) 整体对齐 整体对齐系数 = min((max(int,short,char), 8) = 4 整体大小(size)=$(成员总大小) 按  $(整体对齐系数) 圆整 = 12 /* 12%4=0 */

5、16字节对齐(#pragma pack(16)) 输出结果:sizeof(struct test_t) = 12  [两个编译器输出一致] 分析过程: 1) 成员数据对齐 #pragma pack(16) struct test_t {  int  a;  /* 长度4 < 16 按4对齐;起始offset=0 0%4=0;存放位置区间[0,3] */  char b;  /* 长度1 <  16 按1对齐;起始offset=4 4%1=0;存放位置区间[4] */  short c; /* 长度2 < 16  按2对齐;起始offset=6 6%2=0;存放位置区间[6,7] */  char d;  /* 长度1 < 16 按1对齐;起始offset=8  8%1=0;存放位置区间[8] */ }; #pragma pack() 成员总大小=9

2) 整体对齐 整体对齐系数 = min((max(int,short,char), 16) = 4 整体大小(size)=$(成员总大小)  按 $(整体对齐系数) 圆整 = 12 /* 12%4=0 */

四、结论 8字节和16字节对齐试验证明了“规则”的第3点:“当#pragma  pack的n值等于或超过所有数据成员长度的时候,这个n值的大小将不产生任何效果”。另外内存对齐是个很复杂的东西,上面所说的在有些时候也可能不正确。呵呵^_^

[注1] 什么是“圆整”? 举例说明:如上面的8字节对齐中的“整体对齐”,整体大小=9 按 4 圆整 =  12 圆整的过程:从9开始每次加一,看是否能被4整除,这里9,10,11均不能被4整除,到12时可以,则圆整结束。

时间: 2024-09-28 19:29:34

c语言中内存对齐问题的相关文章

C语言中内存对齐

今天一考研同学问我一个问题,一个结构体有一个int类型成员和一个char类型成员,问我这个结构体类型占多少个字节,我直接编个程序给他看结果.这个结构体占八个字节,咦,当时我蛮纳闷的,一个int类型四个字节,一个char类型一个字节,怎么这个结构体的大小不是五个字节呢??上网查了一下,结果发现还有个内存对齐的问题. 为了方便操作系统访问内存,一次访问四个字节,为了避免一个变量的二次访问,通常设置采用内存对齐. 1 #include<stdio.h> 2 3 typedef struct 4 {

C语言中内存对齐方式

position:static(静态定位) 当position属性定义为static时,可以将元素定义为静态位置,所谓静态位置就是各个元素在HTML文档流中应有的位置 podisition定位问题.所以当没有定义position属性时,并不说明该元素没有自己的位置,它会遵循默认显示为静态位置,在静态定位状态下无法通过坐标值(top,left,right,bottom)来改变它的位置. position:absolute(绝对定位) 当position属性定义为absolute时,元素会脱离文档流

C语言中内存的管理

一  Handler作用和概念 包含线程队列和消息队列,实现异步的消息处理机制,跟web开发的ajax有异曲同工之妙. 1.运行在某个线程上,共享线程的消息队列: 2.接收消息.调度消息,派发消息和处理消息: 3.实现消息的异步处理: Handler能够让你发送和处理消息,以及Runnable对象:每个Handler对象对应一个Thread和Thread的消息队列.当你创建一个Handler时,它就和Thread的消息队列绑定在一起,然后就可以传递消息和runnable对象到消息队列中,执行消息

C语言中内存分配

C语言中内存分配 在任何程序设计环境及语言中,内存管理都十分重要.在目前的计算机系统或嵌入式系统中,内存资源仍然是有限的.因此在程序设计中,有效地管理内存资源是程序员首先考虑的问题. 第1节主要介绍内存管理基本概念,重点介绍C程序中内存的分配,以及C语言编译后的可执行程序的存储结构和运行结构,同时还介绍了堆空间和栈空间的用途及区别. 第2节主要介绍C语言中内存分配及释放函数.函数的功能,以及如何调用这些函数申请/释放内存空间及其注意事项. 3.1 内存管理基本概念 3.1.1 C程序内存分配 1

C语言中内存分配问题:

推荐: C语言中内存分配 Linux size命令和C程序的存储空间布局 本大神感觉,上面的链接的内容,已经很好的说明了: 总结一下: 对于一个可执行文件,在linux下可以使用 size命令列出目标文件各部分占的字节数:分为:text段.data段与bss段:(参考:Linux size命令和C程序的存储空间布局) 对于一个可执行文件,它的存储空间包括: 1. 代码区(text segment).存放CPU执行的机器指令(machine instructions) 2. 全局初始化数据区/静态

C语言中内存分配 (转)

在任何程序设计环境及语言中,内存管理都十分重要.在目前的计算机系统或嵌入式系统中,内存资源仍然是有限的.因此在程序设计中,有效地管理内存资源是程序员首先考虑的问题. 第1节主要介绍内存管理基本概念,重点介绍C程序中内存的分配,以及C语言编译后的可执行程序的存储结构和运行结构,同时还介绍了堆空间和栈空间的用途及区别. 第2节主要介绍C语言中内存分配及释放函数.函数的功能,以及如何调用这些函数申请/释放内存空间及其注意事项. 3.1 内存管理基本概念 3.1.1 C程序内存分配 1.C程序结构 下面

【转】C语言中内存分配

原文:C语言中内存分配 在任何程序设计环境及语言中,内存管理都十分重要.在目前的计算机系统或嵌入式系统中,内存资源仍然是有限的.因此在程序设计中,有效地管理内存资源是程序员首先考虑的问题. 第1节主要介绍内存管理基本概念,重点介绍C程序中内存的分配,以及C语言编译后的可执行程序的存储结构和运行结构,同时还介绍了堆空间和栈空间的用途及区别. 第2节主要介绍C语言中内存分配及释放函数.函数的功能,以及如何调用这些函数申请/释放内存空间及其注意事项. 3.1 内存管理基本概念 3.1.1 C程序内存分

VC++中内存对齐

我们经常看到求 sizeof(A) 的值的问题,其中A是一个结构体,类,或者联合体. 为了优化CPU访问和优化内存,减少内存碎片,编译器对内存对齐制定了一些规则.但是,不同的编译器可能有不同的实现,本文只针对VC++编译器,这里使用的IDE是VS2012. #pragma pack()是一个预处理,表示内存对齐.布局控制#pragma,为编译程序提供非常规的控制流信息. /**********结构体的大小的规则*************/ 结构体大小是处理器位数和结构体内最长数据元素所占字节数二

C语言中内存分配那些事儿

C程序的内存结构 C语言的之所以复杂,首先它的内存模型功不可没.不像某些那样的高级语言只需要在使用对象的时候,用new创建.所有之后的事情,你不需要操心.对于C语言,所有与内存相关的东西,都需要熟悉,否则,时间一久,总会踩着雷.下图是典型的一个C程序的内存结构,当然还有一个重要的前提,这样的一种布局是在虚拟内存中的: 关于虚拟内存内核维护了一个页表(page table),用来表示虚拟内存对物理内存地址或者磁盘(交换区,swap area)间的一种映射关系.并非所有的虚拟地址都需要在物理内存上映