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浅析C语言中的数据对齐

2017-11-07 11:03 627 查看
许多计算机系统会对基本的数据类型的合法地址做出限制,要求数据的地址必须是一个值K的倍数,K值为基本数据的字节数。这就是数据对齐,其目的是为了简化处理器与内存之间的接口设计。假如一个处理器每次从内存取出8个字节,那么它每次所取的地址就是8的倍数,如果我们让所有的double类型数据的地址为8的倍数,那么只需一次内存操作就可以进行读写了,否则我们可能需要两次内存访问,因为数据可能分放在两个8字节的内存块之中。显然,通过数据对齐可以提高内存访问的效率。

下面以一个64位系统下的结构体的例子来对数据对齐进行说明。

下面是数据类型与其对应的K值:

char: 1

short: 2

int, float: 4

long, double, pointer: 8

struct S1{
int a; //偏移:0
char b; //偏移:4
float c; //偏移:8
char* d; //偏移:16
int e; //偏移:24
//末尾偏移:32
}


这里的偏移量是指各字段地址相对于结构的地址的偏移,我们可以观察到该结构体中的各字段的大小总和21字节,然而结构的长度却是32字节。显然出于数据对齐的要求,编译器在各字段间插入了一些间隔。我们还注意到在末尾的e字段后还填充了4个字节,这是为了让结构体的地址满足8字节的对齐要求,这里选取8字节是因为结构中最长的字段d为8个字节

为什么要让结构体也满足字节对齐呢?假如我们将这个结构体打包成28个字节,是可以满足结构中各字段的对齐要求的,但是考虑下面的声明:

struct S1 s[3];


显然s[0]中的d字段无法满足对齐要求,所以结构 struct S1必须满足8字节的对齐要求,可以证明只要满足结构中最长字段的对齐要求,其它字段的对齐也就可以满足了。

所以出于节省空间的目的,我们在声明结构时应当按照字段的长度由小到大依次进行声明
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