快速理解内存对齐以及#pragma pack

小半 • 2023年1月12日下午2:20 • 硬件开发 • 阅读 207

一、内存对齐目的与原理
1、内存对齐的目的
假如没有内存对齐机制，数据可以任意存放，现在一个int变量存放在从地址1开始的联系四个字节地址中，该处理器去取数据时，要先从0地址开始读取第一个4字节块,剔除不想要的字节（0地址）,然后从地址4开始读取下一个4字节块,同样剔除不要的数据（5，6，7地址）,最后留下的两块数据合并放入寄存器.这需要做很多工作。
现在有了内存对齐的，int类型数据只能存放在按照对齐规则的内存中，比如说0地址开始的内存。那么现在该处理器在取数据时一次性就能将数据读出来了，而且不需要做额外的操作，提高了效率。
2、原理
在32位编译环境下默认4字节对齐，在64位编译环境下默认8字节对齐。
例如：如下结构体：

struct s {
	int a;
	double b;
	char c;
};

（1）在64位编译环境下，sizeof(s)=24。
解析：首先你得知道各数据类型的字节长度：
char 1
int 4
double 8
那么其在内存中的存储如下：

从0的位置开始储存，int有4字节，默认8字节对齐，则下一个数据从第8位开始，double型正好8位，于是char接着从第16为开始，因为char型占一个字节，所以要补充7个字节空位。如果有下一个数据，将从第24位开始存储。

（2）在32位编译环境下，sizeof(s)=16。
么其在内存中的存储如下：

一共占16个字节。

二、修改对齐字节的方法：#pragma pack(对齐系数)
对齐系数：如1，2，4，8，16。如前所述：在不定义#pragma pack()的时候，在32位编译环境下默认4字节对齐相当于#pragma pack(4)，在64位编译环境下默认8字节对齐相当于#pragma pack(8)。
例如有如下结构体：

#include<stdio.h>
#pragma pack(8)
struct s {
	int a;
	double b;
	char c;
}s;
int main()
{
	printf("sizeof size = % d\n", sizeof(s));
}

测试结果
#pragma pack(1)-----------sizeof(s)=13
#pragma pack(2)-----------sizeof(s)=14
#pragma pack(4)-----------sizeof(s)=16
#pragma pack(8)-----------sizeof(s)=24
#pragma pack(16)-----------sizeof(s)=24

可以看到#pragma pack(8)和#pragma pack(16)时，结构体所占内存一样，这与我们之前的不一致。这是因为存在以下几条对其规则：

数据成员对齐规则：结构(struct)(或联合(union))的数据成员，第一个数据成员放在offset为0的地方，以后每个数据成员的对齐按照#pragma pack指定的数值和这个数据成员自身长度中，比较小的那个进行。
结构(或联合)的整体对齐规则：在数据成员完成各自对齐之后，结构(或联合)本身也要进行对齐，对齐将按照#pragma pack指定的数值和结构(或联合)最大数据成员长度中，比较小的那个进行。
结合1、2可推断：当#pragma pack的n值等于或超过所有数据成员长度的时候，这个n值的大小将不产生任何效果。

参考资料/文献：
https://zhuanlan.zhihu.com/p/30007037
https://www.jianshu.com/p/98fd45953dd8

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