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淺談字節(jié)對(duì)齊
時(shí)間：2017-11-21 來源：未知
前言
對(duì)于字節(jié)對(duì)齊，是每個(gè)初學(xué)C語言者都比較容易暈的知識(shí)點(diǎn)，也是很多的公司在招聘的時(shí)候經(jīng)�？嫉降闹R(shí)點(diǎn)。但這個(gè)知識(shí)點(diǎn)對(duì)我們程序的優(yōu)化以及理解計(jì)算機(jī)的運(yùn)行原理又是至關(guān)重要的。所以今天，我們來這個(gè)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行一下總結(jié)。
1. 為什么要字節(jié)對(duì)齊
簡單來講，就是為了提高數(shù)據(jù)讀取的效率。那為什么字節(jié)對(duì)齊會(huì)提高數(shù)據(jù)存取的效率呢？主要原因是下面兩個(gè)方面：
1) 外部總線，從內(nèi)存中獲取數(shù)據(jù)，并不是按照數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的小單位字節(jié)來的，而是4字節(jié)、8字節(jié)甚至更多，那這樣，假如當(dāng)前計(jì)算機(jī)是按照4字節(jié)讀取數(shù)據(jù)的，那么，如果一個(gè)int類型的數(shù)據(jù)，在字節(jié)對(duì)齊的位置開始存放，則可以一次讀取到，否則需要花兩次才能取到這個(gè)數(shù)據(jù)。
2) 很多的cpu只從對(duì)齊的地址開始加載數(shù)據(jù)，而有的CPU這樣做，就是為了更快一些。
2. 字節(jié)對(duì)齊的原則
1). 變量對(duì)齊
變量地址 % min(變量字節(jié)數(shù), 機(jī)器位數(shù)／8) = 0
例：int a;
上邊的例子等價(jià)于：變量地址%4=0
也就是，計(jì)算機(jī)會(huì)為我們開辟一塊，長度為4字節(jié)，地址是4的整數(shù)倍的一塊地址空間。
2). 結(jié)構(gòu)體成員變量對(duì)齊
結(jié)構(gòu)體成員變量地址 % min(變量字節(jié)數(shù), 機(jī)器位數(shù)／8) = 0;
理解同1)。
3). 結(jié)構(gòu)體變量對(duì)齊
結(jié)構(gòu)體成員變量的大對(duì)齊方式相同
例：
struct test
{
char a;
int b;
short c;
}test;
上邊的結(jié)構(gòu)體中，大的對(duì)齊方式為4，則整個(gè)結(jié)構(gòu)體的對(duì)齊方式為4，也就是結(jié)構(gòu)體的內(nèi)存地址是4的整數(shù)倍。
4). 結(jié)構(gòu)體成員變量偏移對(duì)齊
結(jié)構(gòu)體成員變量偏移 % min(變量字節(jié)數(shù), 機(jī)器位數(shù)／8) = 0;
3. 詳細(xì)實(shí)例
struct test
{
char a;
int b;
short c;
}test;
上邊的結(jié)構(gòu)體變量定義好之后，我們還是詳細(xì)的來看一下，計(jì)算機(jī)為我們做了什么事情。
A：計(jì)算機(jī)首先，從一個(gè)是4的整數(shù)倍的地址開始準(zhǔn)備開辟空間。（因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)體的對(duì)齊方式與結(jié)構(gòu)體中成員變量大的結(jié)構(gòu)體方式相同。）比如這個(gè)地址值是0x7fff0100。
B: 成員變量a，char類型，根據(jù)對(duì)齊原則，這個(gè)成員變量的地址是1的整數(shù)倍即可。則是數(shù)組的地址即可。根據(jù)對(duì)齊，會(huì)一次開辟4字節(jié)的內(nèi)存空間，a占用第一個(gè)字節(jié)。
C: 成員變量b，int類型，根據(jù)對(duì)齊原則，這個(gè)成員變量的地址是4的整數(shù)倍即可。則原來開辟的4字節(jié)，已經(jīng)沒有位置滿足這個(gè)變量的對(duì)齊了，則會(huì)重新分配一個(gè)四字節(jié)的內(nèi)存空間，將成員變量b放到這個(gè)四字節(jié)中，正好放下。
D: 后還有一個(gè)short類型的變量c，則系統(tǒng)又一次性的分配4字節(jié)，short c占用其中的兩個(gè)字節(jié)。
將其裝在內(nèi)存中如下：
+---+---+---+---+---+---+---+---+---+---+---+---+
| a | | b | c | |
+---+---+---+---+---+---+---+---+---+---+---+---+
那么這個(gè)結(jié)構(gòu)體的長度，也就是sizeof(test)=12;
那么接下來，我們換一種定義方式看一下：
struct test
{
char a;
short c;
int b;
}test;
+---+---+---+---+---+---+---+---+
| a | | c | b |
+---+---+---+---+---+---+---+---+
根據(jù)對(duì)齊原則，就是上邊的這種存儲(chǔ)方式，可以看到，這種方式的定義，只需要分配8字節(jié)的內(nèi)存空間就夠了。
那我們利用字節(jié)對(duì)齊，可以修改定義結(jié)構(gòu)體的順序，是可以達(dá)到節(jié)省空間的效果的。
另外，還會(huì)有一些場(chǎng)景，我們會(huì)通過指針的偏移的方式訪問結(jié)構(gòu)體內(nèi)存的，這個(gè)時(shí)候，如果我們存在空洞，而寫指針偏移的程序的人沒有注意，是會(huì)非常容易出問題的，則這種場(chǎng)景，我們一般會(huì)人為的將結(jié)構(gòu)體中的內(nèi)存中的空洞，全部補(bǔ)齊。
比如，上邊兩種定義，我們分別來將其補(bǔ)齊。
struct test
{
char a;
char szResv[3];
int b;
short c;
short sResv;
}test;
struct test
{
char a;
char cResv;
short c;
int b;
}test;
