C++中的内存对齐

    技术2022-05-11  23

    内存对齐

             在我们的程序中,数据结构还有变量等等都需要占有内存,在很多系统中,它都要求内存分配的时候要对齐,这样做的好处就是可以提高访问内存的速度。 我们还是先来看一段简单的程序:                                程序一

     1  #include  < iostream >  2  using   namespace  std;  3   4  struct  X1  5  {  6     int  i; // 4个字节  7     char  c1; // 1个字节  8     char  c2; // 1个字节  9  }; 10  11  struct  X2 12  { 13     char  c1; // 1个字节 14     int  i; // 4个字节 15     char  c2; // 1个字节 16  }; 17  18  struct  X3 19  { 20     char  c1; // 1个字节 21     char  c2; // 1个字节 22     int  i; // 4个字节 23  }; 24  int  main() 25  {    26      cout << " long  " << sizeof ( long ) << " /n " ; 27      cout << " float  " << sizeof ( float ) << " /n " ; 28      cout << " int  " << sizeof ( int ) << " /n " ; 29      cout << " char  " << sizeof ( char ) << " /n " ; 30  31      X1 x1; 32      X2 x2; 33      X3 x3; 34      cout << " x1 的大小  " << sizeof (x1) << " /n " ; 35      cout << " x2 的大小  " << sizeof (x2) << " /n " ; 36      cout << " x3 的大小  " << sizeof (x3) << " /n " ; 37       return   0 ; 38  }

                这段程序的功能很简单,就是定义了三个结构X1,X2,X3,这三个结构的主要区别就是内存数据摆放的顺序,其他都是一样的,另外程序输入了几种基本类型所占用的字节数,以及我们这里的三个结构所占用的字节数。这段程序的运行结果为:

    1  long   4 2  float   4 3  int   4 4  char   1 5  x1 的大小  8 6  x2 的大小  12 7  x3 的大小  8

         结果的前面四行没有什么问题,但是我们在最后三行就可以看到三个结构占用的空间大小不一样,造成这个原因就是内部数据的摆放顺序,怎么会这样呢?    下面就是我们需要讲的内存对齐了。    内存是一个连续的块,我们可以用下面的图来表示,  它是以4个字节对一个对齐单位的:                                                    图一

       让我们看看三个结构在内存中的布局:   首先是 X1,如下图所示

        X1 中第一个是 Int类型,它占有4字节,所以前面4格就是满了,然后第二个是char类型,这中类型只占一个字节,所以它占有了第二个4字节组块中的第一格,第三个也是char类型,所以它也占用一个字节,它就排在了第二个组块的第二格,因为它们加在一起大小也不超过一个块,所以他们三个变量在内存中的结构就是这样的,因为有内存分块对齐,所以最后出来的结果是8,而不是6,因为后面两个格子其实也算是被用了。    再次看看X2,如图所示

        X2中第一个类型是Char类型,它占用一个字节,所以它首先排在第一组块的第一个格子里面,第二个是Int类型,它占用4个字节,第一组块已经用掉一格,还剩3格,肯定是无法放下第二Int类型的,因为要考虑到对齐,所以不得不把它放到第二个组块,第三个类型是Char类型,跟第一个类似。所因为有内存分块对齐,我们的内存就不是8个格子了,而是12个了。再看看X3,如下图所示:

       关于X3的说明其实跟X1是类似的,只不过它把两个1个字节的放到了前面,相信看了前面两种情况的说明这里也是很容易理解的。   唉,写到这手都累了,关键是要画图,希望通过此文能让你理解内存对齐的基本概念,如果有问题,请留言。此文完

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