内存对齐与内存分配原则

首先讲一个概念—-内存对齐

一种提高内存访问速度的策略，cpu在访问未对其的内存需要经过两次内存访问，而经过内存对齐一次就可以了。（？）

打个比方就是：操作系统在访问内存时，每次读取一定的长度（这个长度是系统默认的对其系数），程序中你也可以自己设定对齐系数，告诉编译器你想怎么对齐，可用#pargam pack(n)，指定n为对其系数。但是当没有了内存对齐，cpu在访问一个变量时候，可能会访问两次，为什么呢？

32位cpu一次能最多处理的信息是32bit位，如果你没有指定对齐，我们假设这样的数据结构在内存中存在的情况，这也是我们后面要讨论的结构

typedef strutc test{
char a;
int b;
char c;
}

对应的在内存中存放的方式可能是这样（假定32位下）：



那么，这样一来，取得这个int型变量需要经过两次的寻址，拼凑成一个完整的4字节的数。这个过程还涉及到cpu指令集调用和总线的读写操作，如果真是没有对齐的话，效率会差到不知道哪儿去了。

所以这个内存对齐是必须遵守的，为了提高cpu访问效率和速度。

继续引入另外一个概念：内存的自然对齐：每一种数据类型都必须放在地址中的整数倍上

举个例子如下：

地址4可以放char(1)类型，可以放int(4)型，可以放short(2)型，但是不能存放double(8)型，仅仅因为4不是8的整数倍。

地址3能存放char型，但是其他int，short，double都不能存放。

有一个特殊地址，就是0，它可以是任何类型的整数倍，所以可以存放任何数据。

根据这个规则，那么在分配一大块包含很多变量的内存的时候，会产生很多碎片，具体到下面分析

接下来，我们对这个结构体来进行一个分析：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
typedef strutc test{
char a;
int b;
double c;
char d;
}

int main(void)
{
STU s;
printf("s的大小是 = %d\n",(int)sizeof(STU));
printf("s中a的起始地址是 %p\n",&(s.a));
printf("s中b的起始地址是 %p\n",&(s.b));
printf("s中c的起始地址是 %p\n",&(s.c));
printf("s中d的起始地址是 %p\n",&(s.d));

return 0;
}

/*64位下
s的大小是  = 24
s中a的起始地址是 0x7ffd01319d10
s中b的起始地址是 0x7ffd01319d14
s中c的起始地址是 0x7ffd01319d18
s中d的起始地址是 0x7ffd01319d20
*/

依照简单的4字节对齐（gcc默认是4字节对齐），首先的char在0上（其实也就是某个4的整数倍数上），之后int b在地址4上，一直延续到8，double c就在地址8上，之后sizeof必须是8的整数倍，之前是4+4+8 == 16，那这个char就只能存入一个8大小的内存中了，也就是4+4+8+8 == 24

为什么这么算呢？

开始的可以根据内存的自然对齐求得，最后的char补7个空白是因为结构体的总大小，必须要是其内部最大成员的整数倍，不足的要补齐，像这里就是double 8个字节的整数倍，所以给最后的d补上了7个空白空间。这也是内存分配的3个原则之一。

关于内存分配的其他两个规则如下：

1.结构体或union联合的数据成员，第一个数据成员是要放在offset == 0的地方，如果遇上子成员，要根据子成员的类型存放在对应的整数倍的地址上

2.如果结构体作为成员，则要找到这个结构体中的最大元素，然后从这个最大成员的整数倍地址开始存储（strutc a中有一个struct b，b里面有char，int，double….那b应该从8的整数倍开始存储）

还需要注意一点：

typedef struct stu{
char a;
int b;
char ex;
double c;
char d;
}STU;

printf("STU的大小是 = %d\n",(int)sizeof(STU));

/*32位输出
STU的大小是 = 24
*/

/*64位输出
STU的大小是 = 32
*/

计算一下出来的结果和输出是否正确：

32位：a( 4 )+b( 4 )+ex( 4 )+c( 4+4 )+d( 4 ) == 24

64位：a( 4 )+b( 4 )+ex( 8 )+c( 8 )+d( 8 ) == 32

而为什么会出现这样的结果呢？准确一点为什么32位中的double变成了2个4字节而不是一个8？

这需要结合之前说的内存的自然对齐，我们知道char遇到int型，产生3个空白，遇上double要产生7个空白。而这里32位中的char遇上double却只是产生了3个空白，是因为32位限制了一次只能读入4个字节数据处理，也就是说8字节的double被分成了2个4字节字符被处理，也可以说死了，32位平台下就定死了4字节对齐（当然你可以设定更小，但是没什么意义），接着说结构体，那结构体中最大的数就是4字节的了，sizeof(STU)也只需要遵守是4的整数倍即可。最后得到24字节。

64位就按正常的计算。

最后贴上这一段代码，是下面参考博文中某个作者总结的一段，只要能看懂这段代码就大抵上全部理解3个内存对其和分配原则了

typedef struct bb
{
int id;             //[0]....[3]
double weight;      //[8].....[15]　　　　　　原则１
float height;      //[16]..[19],总长要为８的整数倍,补齐[20]...[23]　　　　　原则３
}BB;

typedef struct aa
{
char name[2];     //[0],[1]
int  id;         //[4]...[7]　　　　　　　　　　原则１

double score;     //[8]....[15]　　　　
short grade;    //[16],[17]　　　　　　　　
BB b;             //[24]......[47]　　　　　　　　　　原则２
}AA;

int main()
{
AA a;
cout<<sizeof(a)<<" "<<sizeof(BB)<<endl;
return 0;
}

/*输出
48 24
*/

总结

内存对齐的目的和好处

内存自然对其的概念

内存对齐(分配)的3个原则

有什么错误还请指出

参考博文链接：

/article/2052873.html

http://blog.csdn.net/msdnwolaile/article/details/50158463

/article/4814889.html

http://blog.csdn.net/Ropyn/article/details/6568780