C语言、C++内存对齐问题详解(2)

输出结果如下：

结构体Test的成员变量b占用字节数为4bytes，所以只能存储在4的整数倍的位置上，由于a只占用1一个字节，而a的地址00C7FA44和b的地址00C7FA48之间相差4bytes，这就说明，a其实也占用了4个字节，这样才能保证b的起始地址是4的整数倍。这就是内存对齐。如果没有内存对齐，我们再拿上面的代码作为例子，则可能输出结果如下：

可以看到，a占用了一个字节，紧接着a之后就是b；之前也说了，内存对齐是操作系统为了快速访问内存而采用的一种策略，简单来说，就是为了防止变量的二次访问。操作系统在访问内存时，每次读取一定的长度（这个长度就是操作系统的默认对齐系数，或者是默认对齐系数的整数倍）。没有了内存对齐，当我们读取变量c时，第一次读取0xffbff5e8~0xffbff5ef的内存，第二次读取0xffbff5f0~0xffbff5f8的内存，由于变量c所占用的内存跨越了两片地址区域，为了正确得到变量c的值，就需要读取两次，将两次内存合并进行整合，这样就降低了内存的访问效率。

我在这里说了这么多，也挺绕口，这就是内存对齐的规则。在C++中，每个特定平台上的编译器都有自己的内存对齐规则，下面我们就内存对齐的规则进行总结。

内存对齐规则

每个特定平台上的编译器都有自己的默认“对齐系数”。我们可以通过预编译命令#pragma pack(k)，k=1,2,4,8,16来改变这个系数，其中k就是需要指定的“对齐系数”；也可以使用#pragma pack()取消自定义字节对齐方式。具体的对齐规则如下：

规则1：struct或者union的数据成员对齐规则：第一个数据成员放在offset为0的地方，对齐按照#pragma pack指定的数值和自身占用字节数中，二者比较小的那个进行对齐；比如；

x1占用字节数为1，1 < 4，按照对齐系数1进行对齐，所以x1放置在offset为0的位置；
x2占用字节数为2，2 < 4，按照对齐系数2进行对齐，所以x2放置在offset为2，3的位置；
x3占用字节数为4，4 = 4，按照对齐系数4进行对齐，所以x3放置在offset为4，5，6，7的位置；
x4占用字节数为1，1 < 4，按照对齐系数1进行对齐，所以x4放置在offset为8的位置；
现在已经占了9bytes的内存空间了，但是实际在visual studio 2012中实测为12bytes，为什么呢？看下一条规则。

规则2：struct或者union的整体对齐规则：在数据成员完成各自对齐以后，struct或者union本身也要进行对齐，对齐将按照#pragma pack指定的数值和struct或者union中最大数据成员长度中比较小的那个进行；

继续使用规则1种的例子进行解释，按照规则1的理解，struct Test已经占用了9bytes，实际为什么是12bytes呢？根据规则2，在所有成员对齐完成以后，struct或者union自身也要进行对齐；我们设定的对齐系数为4，而struct Test中占用字节数最大的是float类型的x3，由于x3占用字节数小于或等于设定的对齐系数4，所以struct或者union整体需要按照4bytes进行对齐，也就是说，struct或者union占用的字节数必须能够被4整除，好了。struct Test已经占用了9bytes了，10bytes不能被4整除，11bytes也不能，12bytes正好；所以，struct Test最终占用的字节数为12bytes。

上述两条规则就是内存对齐的基本规则，先局部对齐，后整体对齐。

实例分析