C/C++编程：结构体默认对齐方式

忘是亡心i 2022-12-29 06:54 184阅读 0赞

# 什么是内存对齐 #

还是用一个例子带出这个问题，看下面的小程序，理论上，32位系统下，int占4byte，char占一个byte，那么将它们放到一个结构体中应该占4+1=5byte；但是实际上，通过运行程序得到的结果是8 byte，这就是内存对齐所导致的。

#include<stdio.h>
    struct{
        
        int x;
        char y;
    }s;
    
    int main()
    {
        
        printf("%d\n",sizeof(int));  // 4
        printf("%d\n",sizeof(char)); // 1
        printf("%d\n",sizeof(s));  // 输出8
        return 0;
    }

现代计算机中内存空间都是按照 byte 划分的，从理论上讲似乎对任何类型的变量的访问可以从任何地址开始，但是实际的计算机系统对基本类型数据在内存中存放的位置有限制，它们会要求这些数据的首地址的值是某个数k（通常它为4或8）的倍数，这就是所谓的内存对齐。

# 为什么要进行内存对齐 #

1.平台原因（移植原因）： 一些资料上是这样说的，“不是所有的硬件平台都能访问任意地址上的任意数据；某些硬件平台只能在某些特定地址处取某些特定的数据，否则就会抛出硬件异常”。也就是说在计算机在内存读取数据时，只能在规定的地址处读数据，而不是内存中任意地址都是可以读取的。

2.效率原因： 正是由于只能在特定的地址处读取数据，所以在访问一些数据时，对于访问未对齐的内存，处理器需要进行两次访问；而对于对齐的内存，只需要访问一次就可以。 其实这是一种以空间换时间的做法，但这种做法是值得的。

# 结构体默认对齐 #

## 规则 ##

>  *  64位操作系统上64位编译器：默认8字节对齐
>  *  64位操作系统上32位编译器：默认8字节对齐
>  *  32位操作系统上32位编译器：默认4字节对齐

以下两点是对于64位操作系统上64位编译器：默认8字节对齐而言的，如果是4字节对齐，只需要将8改成4即可：

>  *  结构体整体本身安置在8字节对齐处，结构体对齐后的大小必须是8的倍数
>  *  结构体中每个元素占的字节大小是自身对齐参数的整数倍

以下是32/64位Linux上GCC编译环境下各类型变量的自身对齐参数  
![在这里插入图片描述][20201221110759900.png]

编译器考虑结构体存放时，以满足以上2点要求的最少内存需要来存放。

## 分析 ##

1、

typedef struct struct_test1
    {
        
        int a;   // 4
        double b;  // 8
        char c;  // 1
    }ST1;
    int main(void)
    {
        
        printf("sizeof(ST1) = %d\n", (int)sizeof(ST1));  // 24
        char *p = NULL;//根据指针长度来辨别编译器和操作系统位数
        printf("sizeof(p)   = %d\n", (int)sizeof(p));  //8
        return 0;
    }

64位操作系统上默认是8字节对齐，整体所占字节数分析如下：

*  首先整个结构体本身安置在8字节对齐处，这个是由编译器保证的。
 *  然后是第一个元素a，a的开始地址就是整个结构体的开始地址，所以自然是8字节对齐的。但是a的结束地址要由下一个元素具体决定
 *  之后是第二个元素b，b为double型的，自身对齐长度是8，所以不能自接放在a的后面，也就是说a需要另外填充4个字节空间再结束，然后放b，由于b本身就是对齐的，所以无需另外填充，直接结束
 *  直接放c，c放完之后也不能自接结束，因为要保证整个结构体大小是8的整数倍，所以c后面需填充7个字节的内存空间。  
    ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3poaXpoZW5nZ3Vhbg_size_16_color_FFFFFF_t_70]  
    所以sizeof(ST1) = (4 + 4) + 8 + (1 + 7) = 24;

#include <stdio.h>
    typedef struct mystruct1
    {
        
        int a;
        char b;
        double c;
    }MS1;//16
    
    typedef struct mystruct2
    {
        
        char a;
        char b[15];
        char c;
        char *p;
    }MS2;//(1+15)+(1+7)+8 = 32
    
    typedef struct mystruct3
    {
        
        char a;
        char b[17];
        char c;
        char *p;
    }MS3;//(1+17+1+5)+8 =32
    
    typedef struct mystruct4
    {
        
        struct mystruct1 mys1;
        short b[5];
    }MS4;//32
    
    int main(void)
    {
        
        printf("sizeof(MS1) = %ld\n", sizeof(MS1));
        printf("sizeof(MS2) = %ld\n", sizeof(MS2));
        printf("sizeof(MS3) = %ld\n", sizeof(MS3));
        printf("sizeof(MS4) = %ld\n", sizeof(MS4));
        return 0;
    }

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3poaXpoZW5nZ3Vhbg_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]

[20201221110759900.png]: /images/20221120/824ce8acf6094079b2e8ef5d3a0546c0.png
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