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現(xiàn)代計(jì)算機(jī)中內(nèi)存空間都是按照byte劃分的，從理論上講似乎對(duì)任何類(lèi)型的變量的訪問(wèn)可以從任何地址開(kāi)始，但實(shí)際情況是在訪問(wèn)特定類(lèi)型變量的時(shí)候經(jīng)常在特定的內(nèi)存地址訪問(wèn)，這就需要各種類(lèi)型數(shù)據(jù)按照一定的規(guī)則在空間上排列，而不是順序的一個(gè)接一個(gè)的排放，這就是對(duì)齊。
對(duì)齊的作用和原因：各個(gè)硬件平臺(tái)對(duì)存儲(chǔ)空間的處理上有很大的不同。一些平臺(tái)對(duì)某些特定類(lèi)型的數(shù)據(jù)只能從某些特定地址開(kāi)始存取。比如有些架構(gòu)的CPU在訪問(wèn)一個(gè)沒(méi)有進(jìn)行對(duì)齊的變量的時(shí)候會(huì)發(fā)生錯(cuò)誤,那么在這種架構(gòu)下編程必須保證字節(jié)對(duì)齊.其他平臺(tái)可能沒(méi)有這種情況，但是最常見(jiàn)的是如果不按照適合其平臺(tái)要求對(duì)數(shù)據(jù)存放進(jìn)行對(duì)齊，會(huì)在存取效率上帶來(lái)?yè)p失。比如有些平臺(tái)每次讀都是從偶地址開(kāi)始，如果一個(gè)int型（假設(shè)為32位系統(tǒng)）如果存放在偶地址開(kāi)始的地方，那么一個(gè)讀周期就可以讀出這32bit，而如果存放在奇地址開(kāi)始的地方，就需要2個(gè)讀周期，并對(duì)兩次讀出的結(jié)果的高低字節(jié)進(jìn)行拼湊才能得到該32bit數(shù)據(jù)。顯然在讀取效率上下降很多。 二、請(qǐng)看下面的結(jié)構(gòu)： struct MyStruct
{
double dda1;
char dda;
int type
};
對(duì)結(jié)構(gòu)MyStruct采用sizeof會(huì)出現(xiàn)什么結(jié)果呢？sizeof(MyStruct)為多少呢？也許你會(huì)這樣求：
sizeof(MyStruct)=sizeof(double)+sizeof(char)+sizeof(int)=13
但是當(dāng)在VC中測(cè)試上面結(jié)構(gòu)的大小時(shí)，你會(huì)發(fā)現(xiàn)sizeof(MyStruct)為16。你知道為什么在VC中會(huì)得出這樣一個(gè)結(jié)果嗎？
其實(shí)，這是VC對(duì)變量存儲(chǔ)的一個(gè)特殊處理。為了提高CPU的存儲(chǔ)速度，VC對(duì)一些變量的起始地址做了“對(duì)齊”處理。在默認(rèn)情況下，VC規(guī)定各成員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必須為該變量的類(lèi)型所占用的字節(jié)數(shù)的倍數(shù)。下面列出常用類(lèi)型的對(duì)齊方式(vc6.0,32位系統(tǒng))。
類(lèi)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)
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)
Short
偏移量必須為sizeof(short)即2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)VC會(huì)自動(dòng)填充。同時(shí)VC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(lèi)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)。
下面用前面的例子來(lái)說(shuō)明VC到底怎么樣來(lái)存放結(jié)構(gòu)的。
struct MyStruct
{
double dda1;
char dda;
int type
}；
為上面的結(jié)構(gòu)分配空間的時(shí)候，VC根據(jù)成員變量出現(xiàn)的順序和對(duì)齊方式，先為第一個(gè)成員dda1分配空間，其起始地址跟結(jié)構(gòu)的起始地址相同（剛好偏移量0剛好為sizeof(double)的倍數(shù)），該成員變量占用sizeof(double)=8個(gè)字節(jié)；接下來(lái)為第二個(gè)成員dda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dda存放在偏移量為8的地方滿(mǎn)足對(duì)齊方式，該成員變量占用 sizeof(char)=1個(gè)字節(jié)；接下來(lái)為第三個(gè)成員type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(mǎn)足對(duì)齊方式對(duì)偏移量的約束問(wèn)題，VC自動(dòng)填充3個(gè)字節(jié)（這三個(gè)字節(jié)沒(méi)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)=4的倍數(shù)，所以把type存放在偏移量為12的地方，該成員變量占用sizeof(int)=4個(gè)字節(jié)；這時(shí)整個(gè)結(jié)構(gòu)的成員變量已經(jīng)都分配了空間，總的占用的空間大小為：8+1+3+4=16，剛好為結(jié)構(gòu)的字節(jié)邊界數(shù)（即結(jié)構(gòu)中占用最大空間的類(lèi)型所占用的字節(jié)數(shù)sizeof(double)=8）的倍數(shù)，所以沒(méi)有空缺的字節(jié)需要填充。所以整個(gè)結(jié)構(gòu)的大小為：sizeof(MyStruct)=8+1+ 3+4=16，其中有3個(gè)字節(jié)是VC自動(dòng)填充的，沒(méi)有放任何有意義的東西。
下面再舉個(gè)例子，交換一下上面的MyStruct的成員變量的位置，使它變成下面的情況：
struct MyStruct
{
char dda;
double dda1;
int type
}；
這個(gè)結(jié)構(gòu)占用的空間為多大呢？在VC6.0環(huán)境下，可以得到sizeof(MyStruc)為24。結(jié)合上面提到的分配空間的一些原則，分析下VC怎么樣為上面的結(jié)構(gòu)分配空間的。（簡(jiǎn)單說(shuō)明）
struct MyStruct
{
char dda; //偏移量為0，滿(mǎn)足對(duì)齊方式，dda占用1個(gè)字節(jié)；
double dda1; //下一個(gè)可用的地址的偏移量為1，不是sizeof(double)=8的倍數(shù)，需要補(bǔ)足7個(gè)字節(jié)才能使偏移量變?yōu)?（滿(mǎn)足對(duì)齊方 式），因此VC自動(dòng)填充7個(gè)字節(jié)，dda1存放在偏移量為8的地址上，它占用8個(gè)字節(jié)。
int type； //下一個(gè)可用的地址的偏移量為16，是sizeof(int)=4的倍數(shù)，滿(mǎn)足int的對(duì)齊方式，所以不需要VC自動(dòng)填充，type存放在偏移量為16的地址上，它占用4個(gè)字節(jié)。
}； //所有成員變量都分配了空間，空間總的大小為1+7+8+4=20，不是結(jié)構(gòu)的節(jié)邊界數(shù)（即結(jié)構(gòu)中占用最大空間的類(lèi)型所占用的字節(jié)數(shù)sizeof(double)=8）的倍數(shù)，所以需要填充4個(gè)字節(jié)，以滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)的大小為sizeof(double)=8的倍數(shù)。
所以該結(jié)構(gòu)總的大小為：sizeof(MyStruc)為1+7+8+4+4=24。其中總的有7+4=11個(gè)字節(jié)是VC自動(dòng)填充的，沒(méi)有放任何有意義的東西。
VC對(duì)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)的特殊處理確實(shí)提高CPU存儲(chǔ)變量的速度，但是有時(shí)候也帶來(lái)了一些麻煩，我們也屏蔽掉變量默認(rèn)的對(duì)齊方式，自己可以設(shè)定變量的對(duì)齊方式。
VC 中提供了#pragma pack(n)來(lái)設(shè)定變量以n字節(jié)對(duì)齊方式。n字節(jié)對(duì)齊就是說(shuō)變量存放的起始地址的偏移量有兩種情況：第一、如果n大于等于該變量所占用的字節(jié)數(shù)，那么偏移量必須滿(mǎn)足默認(rèn)的對(duì)齊方式，第二、如果n小于該變量的類(lèi)型所占用的字節(jié)數(shù)，那么偏移量為n的倍數(shù)，不用滿(mǎn)足默認(rèn)的對(duì)齊方式。結(jié)構(gòu)的總大小也有個(gè)約束條件，分下面兩種情況：如果n大于所有成員變量類(lèi)型所占用的字節(jié)數(shù)，那么結(jié)構(gòu)的總大小必須為占用空間最大的變量占用的空間數(shù)的倍數(shù)；否則必須為n的倍數(shù)。下面舉例說(shuō)明其用法。
#pragma pack(push) //保存對(duì)齊狀態(tài)
#pragma pack(4)//設(shè)定為4字節(jié)對(duì)齊
struct test
{
char m1;
double m4;
int m3;
};
#pragma pack(pop)//恢復(fù)對(duì)齊狀態(tài)
以上結(jié)構(gòu)的大小為16，下面分析其存儲(chǔ)情況，首先為m1分配空間，其偏移量為0，滿(mǎn)足我們自己設(shè)定的對(duì)齊方式（4字節(jié)對(duì)齊），m1占用1個(gè)字節(jié)。接著開(kāi)始為 m4分配空間，這時(shí)其偏移量為1，需要補(bǔ)足3個(gè)字節(jié)，這樣使偏移量滿(mǎn)足為n=4的倍數(shù)（因?yàn)閟izeof(double)大于n）,m4占用8個(gè)字節(jié)。接著為m3分配空間，這時(shí)其偏移量為12，滿(mǎn)足為4的倍數(shù)，m3占用4個(gè)字節(jié)。這時(shí)已經(jīng)為所有成員變量分配了空間，共分配了16個(gè)字節(jié)，滿(mǎn)足為n的倍數(shù)。如果把上面的#pragma pack(4)改為#pragma pack(16)，那么我們可以得到結(jié)構(gòu)的大小為24。（請(qǐng)讀者自己分析）
三、再看下面這個(gè)例子 #pragma pack(8)
struct S1 {
char a;
long b;
};
struct S2 {
char c;
struct S1 d;
long long e;
};
#pragma pack()
sizeof(S2)結(jié)果為24.
成員對(duì)齊有一個(gè)重要的條件,即每個(gè)成員分別對(duì)齊.即每個(gè)成員按自己的方式對(duì)齊.
也就是說(shuō)上面雖然指定了按8字節(jié)對(duì)齊,但并不是所有的成員都是以8字節(jié)對(duì)齊.其對(duì)齊的規(guī)則是,每個(gè)成員按其類(lèi)型的對(duì)齊參數(shù)(通常是這個(gè)類(lèi)型的大小)和指定對(duì)齊參數(shù)(這里是8字節(jié))中較小的一個(gè)對(duì)齊.并且結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度必須為所用過(guò)的所有對(duì)齊參數(shù)的整數(shù)倍,不夠就補(bǔ)空字節(jié).
S1中,成員a是1字節(jié)默認(rèn)按1字節(jié)對(duì)齊,指定對(duì)齊參數(shù)為8,這兩個(gè)值中取1,a按1字節(jié)對(duì)齊;成員b是4個(gè)字節(jié),默認(rèn)是按4字節(jié)對(duì)齊,這時(shí)就按4字節(jié)對(duì)齊,所以sizeof(S1)應(yīng)該為8;
S2 中,c和S1中的a一樣,按1字節(jié)對(duì)齊,而d 是個(gè)結(jié)構(gòu),它是8個(gè)字節(jié),它按什么對(duì)齊呢?對(duì)于結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō),它的默認(rèn)對(duì)齊方式就是它的所有成員使用的對(duì)齊參數(shù)中最大的一個(gè),S1的就是4.所以,成員d就是按4字節(jié)對(duì)齊.成員e是8個(gè)字節(jié),它是默認(rèn)按8字節(jié)對(duì)齊,和指定的一樣,所以它對(duì)到8字節(jié)的邊界上,這時(shí),已經(jīng)使用了12個(gè)字節(jié)了,所以又添加了4個(gè)字節(jié)的空,從第16個(gè)字節(jié)開(kāi)始放置成員e.這時(shí),長(zhǎng)度為24,已經(jīng)可以被8(成員e按8字節(jié)對(duì)齊)整除.這樣,一共使用了24個(gè)字節(jié).
a b
S1的內(nèi)存布局：11**,1111,
c S1.a S1.b d
S2的內(nèi)存布局：1***,11**,1111,****11111111
這里有三點(diǎn)很重要:
1.每個(gè)成員分別按自己的方式對(duì)齊,并能最小化長(zhǎng)度。
2.復(fù)雜類(lèi)型(如結(jié)構(gòu))的默認(rèn)對(duì)齊方式是它最長(zhǎng)的成員的對(duì)齊方式,這樣在成員是復(fù)雜類(lèi)型時(shí),可以最小化長(zhǎng)度。
3.對(duì)齊后的長(zhǎng)度必須是成員中最大的對(duì)齊參數(shù)的整數(shù)倍,這樣在處理數(shù)組時(shí)可以保證每一項(xiàng)都邊界對(duì)齊。
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