最近在調(diào)試中遇到點(diǎn)內(nèi)存對(duì)齊的問題，別人問我是怎么回事，我趕緊偷偷查了一下，記錄下來。
不論是C、C++對(duì)于內(nèi)存對(duì)齊的問題在原理上是一致的，對(duì)齊的原因和表現(xiàn)，簡(jiǎn)單總結(jié)一下，以便朋友們共享。
一、內(nèi)存對(duì)齊的原因
大部分的參考資料都是如是說的：
1、平臺(tái)原因(移植原因)：不是所有的硬件平臺(tái)都能訪問任意地址上的任意數(shù)據(jù)的；某些硬件平臺(tái)只能在某些地址處取某些特定類型的數(shù)據(jù)，否則拋出硬件異常。
2、性能原因：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(尤其是棧)應(yīng)該盡可能地在自然邊界上對(duì)齊。原因在于，為了訪問未對(duì)齊的內(nèi)存，處理器需要作兩次內(nèi)存訪問；而對(duì)齊的內(nèi)存訪問僅需要一次訪問。
也有的朋友說，內(nèi)存對(duì)齊出于對(duì)讀取的效率和數(shù)據(jù)的安全的考慮，我覺得也有一定的道理。
二、對(duì)齊規(guī)則
每個(gè)特定平臺(tái)上的編譯器都有自己的默認(rèn)“對(duì)齊系數(shù)”(也叫對(duì)齊模數(shù))。比如32位windows平臺(tái)下，VC默認(rèn)是按照8bytes對(duì)齊的(VC->Project->settings->c/c++->Code Generation中的truct member alignment 值默認(rèn)是8)，程序員可以通過預(yù)編譯命令#pragma pack(n)，n=1,2,4,8,16來改變這一系數(shù)，其中的n就是你要指定的“對(duì)齊系數(shù)”。
在嵌入式環(huán)境下，對(duì)齊往往與數(shù)據(jù)類型有關(guān)，特別是C編譯器對(duì)缺省的結(jié)構(gòu)成員自然對(duì)屆條件為“N字節(jié)對(duì) 齊”，N即該成員數(shù)據(jù)類型的長(zhǎng)度。如int型成員的自然對(duì)界條件為4字節(jié)對(duì)齊，而double類型的結(jié)構(gòu)成員的自然對(duì)界條件為8字節(jié)對(duì)齊。若該成員的起始 偏移不位于該成員的“默認(rèn)自然對(duì)界條件”上，則在前一個(gè)節(jié)面后面添加適當(dāng)個(gè)數(shù)的空字節(jié)。C編譯器缺省的結(jié)構(gòu)整體的自然對(duì)界條件為：該結(jié)構(gòu)所有成員中要求的 最大自然對(duì)界條件。若結(jié)構(gòu)體各成員長(zhǎng)度之和不為“結(jié)構(gòu)整體自然對(duì)界條件的整數(shù)倍，則在最后一個(gè)成員后填充空字節(jié)。
那么可以得到如下的小結(jié):
類型 對(duì)齊方式（變量存放的起始地址相對(duì)于結(jié)構(gòu)的起始地址的偏移量）
Char 偏移量必須為sizeof(char)即1的倍數(shù)
Short 偏移量必須為sizeof(short)即2的倍數(shù)
int 偏移量必須為sizeof(int)即4的倍數(shù)
float 偏移量必須為sizeof(float)即4的倍數(shù)
double 偏移量必須為sizeof(double)即8的倍數(shù)
各成員變量在存放的時(shí)候根據(jù)在結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)的順序依次申請(qǐng)空間，同時(shí)按照上面的對(duì)齊方式調(diào)整位置，空缺的字節(jié)編譯器會(huì)自動(dòng)填充。同時(shí)為了確保結(jié)構(gòu)的大小為結(jié) 構(gòu)的字節(jié)邊界數(shù)（即該結(jié)構(gòu)中占用最大空間的類型所占用的字節(jié)數(shù)）的倍數(shù)，所以在為最后一個(gè)成員變量申請(qǐng)空間后，還會(huì)根據(jù)需要自動(dòng)填充空缺的字節(jié),也就是 說：結(jié)構(gòu)體的總大小為結(jié)構(gòu)體最寬基本類型成員大小的整數(shù)倍，如有需要編譯器會(huì)在最末一個(gè)成員之后加上填充字節(jié)。對(duì)于char數(shù)組，字節(jié)寬度仍然認(rèn)為為1。
對(duì)于下述的一個(gè)結(jié)構(gòu)體，其對(duì)齊方式為：
struct Node1{
double m1;
char m2；
int m3;
};
對(duì)于第一個(gè)變量m1，sizeof(double)=8個(gè)字節(jié)；接下來為第二個(gè)成員m2分配空間，這時(shí)下一個(gè)可以分配的地址對(duì)于結(jié)構(gòu)的起始地址的偏移量為8，是sizeof(char)的倍數(shù)，所以把m2存放在偏移量為8的地方滿足對(duì)齊方式，該成員變量占用 sizeof(char)=1個(gè)字節(jié)；接下來為第三個(gè)成員m3分配空間，這時(shí)下一個(gè)可以分配的地址對(duì)于結(jié)構(gòu)的起始地址的偏移量為9，不是sizeof (int)=4的倍數(shù)，為了滿足對(duì)齊方式對(duì)偏移量的約束問題，自動(dòng)填充3個(gè)字節(jié)（這三個(gè)字節(jié)沒有放什么東西），這時(shí)下一個(gè)可以分配的地址對(duì)于結(jié)構(gòu)的起始地址的偏移量為12，剛好是sizeof(int), 由于8+4+4 = 16恰好是結(jié)構(gòu)體中最大空間類型double(8)的倍數(shù)，所以sizeof(Node1) =16.
typedef struct{
char a;
int b;
char c;
}Node2;
成員a占一個(gè)字節(jié)，所以a放在了第1位的位置；由于第二個(gè)變量b占4個(gè)字節(jié)，為保證起始位置是4(sizeof(b))的倍數(shù)，所以需要在a后面填充3個(gè) 字節(jié)，也就是b放在了從第5位到第8位的位置，然后就是c放在了9的位置，此時(shí)4+4+1=9。接下來考慮字節(jié)邊界數(shù)，9并不是最大空間類型int(4) 的倍數(shù)，應(yīng)該取大于9且是4的的最小整數(shù)12，所以sizeof(Node2) = 12.
typedef struct{
char a;
char b;
int c;
}Node3;
明顯地：sizeof(Node3) = 8
對(duì)于結(jié)構(gòu)體A中包含結(jié)構(gòu)體B的情況，將結(jié)構(gòu)體A中的結(jié)構(gòu)體成員B中的最寬的數(shù)據(jù)類型作為該結(jié)構(gòu)體成員B的數(shù)據(jù)寬度，同時(shí)結(jié)構(gòu)體成員B必須滿足上述對(duì)齊的規(guī)定。
要注意在VC中有一個(gè)對(duì)齊系數(shù)的概念，若設(shè)置了對(duì)齊系數(shù)，那么上述描述的對(duì)齊方式，則不適合。
例如：
1字節(jié)對(duì)齊(#pragma pack(1))
輸出結(jié)果：sizeof(struct test_t) = 8 [兩個(gè)編譯器輸出一致]
分析過程：
成員數(shù)據(jù)對(duì)齊
#pragma pack(1)
struct test_t {
int a;
char b;
short c;
char d;
};
#pragma pack()
成員總大小=8；
2字節(jié)對(duì)齊(#pragma pack(2))
輸出結(jié)果：sizeof(struct test_t) = 10 [兩個(gè)編譯器輸出一致]
分析過程：
成員數(shù)據(jù)對(duì)齊
#pragma pack(2)
struct test_t {
int a;
char b;
short c;
char d;
};
#pragma pack()
成員總大小=9；
4字節(jié)對(duì)齊(#pragma pack(4))
輸出結(jié)果：sizeof(struct test_t) = 12 [兩個(gè)編譯器輸出一致]
分析過程：
1) 成員數(shù)據(jù)對(duì)齊
#pragma pack(4)
struct test_t { //按幾對(duì)齊， 偏移量為后邊第一個(gè)取模為零的。
int a;
char b;
short c;
char d;
};
#pragma pack()
成員總大小=9；
8字節(jié)對(duì)齊(#pragma pack(8))
輸出結(jié)果：sizeof(struct test_t) = 12 [兩個(gè)編譯器輸出一致]
分析過程：
成員數(shù)據(jù)對(duì)齊
#pragma pack(8)
struct test_t {
int a;
char b;
short c;
char d;
};
#pragma pack()
成員總大小=9；
16字節(jié)對(duì)齊(#pragma pack(16))
輸出結(jié)果：sizeof(struct test_t) = 12 [兩個(gè)編譯器輸出一致]
分析過程：
1) 成員數(shù)據(jù)對(duì)齊
#pragma pack(16)
struct test_t {
int a;
char b;
short c;
char d;
};
#pragma pack()
成員總大小=9；
至于8字節(jié)對(duì)齊和16字節(jié)對(duì)齊，我覺得這兩個(gè)例子取得不好，沒有太大的參考意義。
(x666f)