结构体在创建的时候,为了能够满足平台和性能原因,需要进行内存对齐。结构体的大小是由内存对齐的结果而决定的。 ——前言
1.结构体内存对齐原则:
1. 第一个成员在与结构体变量偏移量为0的地址处。
2. 其他成员变量要对齐到某个数字(对齐数)的整数倍的地址处。
对齐数 = 编译器默认的一个对齐数 与 该成员大小的较小值。
VS中默认的值为8
3. 结构体总大小为最大对齐数(每个成员变量都有一个对齐数)的整数倍。
4. 如果嵌套了结构体的情况,嵌套的结构体对齐到自己的最大对齐数的整数倍处,结构体的整
体大小就是所有最大对齐数(含嵌套结构体的对齐数)的整数倍。
1.1
第一个成员在与结构体变量偏移量为0的地址处。
翻译:
struct c { char a; int b; char c; };
当创建结构体开辟空间时,将第一个元素放在结构体开辟空间的起始处。
1.2
其他成员变量要对齐到某个数字(对齐数)的整数倍的地址处。
对齐数 = 编译器默认的一个对齐数 与 该成员大小的较小值。
VS中默认的值为8
翻译:
struct c { char a; int b; char c; };
当存放int b时,需要先考虑b的大小size,再对比size和编译器中默认对齐数的大小,取较小值作为该成员的对齐数。
此程序中size=4,默认对齐数为8,因此b的对齐数为4。
因此b需要对齐到4的整数倍的地址处,即:
c的对齐数为1,则:
1.3
结构体总大小为最大对齐数(每个成员变量都有一个对齐数)的整数倍。
翻译:
本结构体的最大对齐数为b的对齐数4,则结构体大小应为4的倍数,但是到目前为止从a到c只使用了9个字节的空间,因此还需要三个字节,凑成12个字节,才能成为4的倍数。
因此该结构体总大小为12。
1.4
如果嵌套了结构体的情况,嵌套的结构体对齐到自己的最大对齐数的整数倍处,结构体的整
体大小就是所有最大对齐数(含嵌套结构体的对齐数)的整数倍。
翻译:
struct a { char a; int b; char c; } struct c { char a; int b; char c; struct a d; };
在struct c中嵌套struct a。
struct a的最大对齐数为4,他的大小为12
struct c的大小必须是所有最大对齐数的整数倍,c的最大对齐数为4,目前大小为24,符合这一条件,则这一结构体大小为24。
2.存在原因:
2.1.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。
比如某些硬件平台在取结构体的整型值时,只能从4的倍数的地址值进行寻找,因此为了跨平台需求,我们在编程时就要考虑到硬件的不同,多增加一些空间来满足跨平台应用需求。
2.2 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。
比如说,在32位机器中,由于机器只有32根地址线,因此电脑一次最多可以读取4个字节的内存信息。
现在我们创建一个结构体:
struct S { char c; int a; };
如果说机器中不存在内存对齐,即我们将两个数据连续存放,则它们在内存中的分布如下:
如果要读取这两个数据,c需要被读取一次,a需要被读取两次。
现在我们将a对齐到4的倍数地址处:
此时c和a都只需被读取一次即可,大大提高了机器的运行效率