结构体大小和数据对齐原则

数据对齐:

许多计算机系统对基本数据类型合法地址做出了一些限制,要求某种类型对象的地址必须是

某个值K(通常是248)的倍数。这种对齐限制简化了形成处理器和存储器系统之间的接口的硬件

设计。例如,假设一个处理器总是从存储器中取出8个字节,则地址必须为8的倍数。如果我们能保

证将所有的double类型数据的地址对齐成8的倍数,那么就可以用一个存储器操作来读或者写值了。

否则,我们可能需要执行两次存储器访问,因为对象可能被分放在两个8字节存储块中。

 

当数据类型为结构体时,编译器可能需要在结构体字段的分配中插入间隙,以保证每个结构元素都

满足它的对齐要求。而结构本身对它的地址也有一些对齐要求,此时可能需要在结构末尾填充一些

空间,以满足结构体整体的对齐----向结构体元素中最大的元素对齐。稍后会用代码说明!!!

 

LinuxMicrosoft Windows的对齐方式有何不同:

.Linux的对齐策略:

Linux2字节数据类型(例如short)的地址必须是2的倍数,而较大的数据类型(例如intint *

floatdouble)的地址必须是4的倍数。也就是说Linux下要么2字节对齐,要么4字节对齐,没

有其他格式的对齐。

.Microsoft Windows的对齐策略:

Windows中对齐要求更严--任何K字节基本对象的地址都必须是K的倍数,K=24,或者8.

特别地,double或者long long类型数据的地址应该是8的倍数。可以看出Windows的对齐策略和

Linux还是不同的。稍后用代码说明!!!

 

接下来用代码和图文说明两者的对齐方式(不同的对齐方式产生的结构体大小不同):

测试代码如下:

 1.   /////////////////////////////////////

2.   //   filename:DataAlignment

3.   /////////////////////////////////////

4.   #include<stdio.h>

5.    

6.   typedef struct

7.   {

8.   char c;

9.   int i[2];

10.  double v;

11.  }S;

12.   

13.  int main()

14.  {

15.  printf("size of S = %d\n"sizeof(S));

16.  return 0;

17.  }

程序中定义了一个结构体,在没有任何数据对齐时内存布局如下:


.在红帽Linux i686上编译编译后结构S的布局如下:


由于要保证结构体每个元素都要数据对齐,因此必须在ci[0]之间插入3字节的间隙(图中阴影部分为编译器插入的间隙)

使得i[0]和后面的元素的的偏移量都为4的倍数,这样最终S结构大小为20字节。

运行程序结果为:

size of S = 20

 

.Microsoft Windows 上编译后S的内存布局如下:


 windowsint类型4个字节,因此int类型要向4字节对齐,double类型8字节,因此要向8字节对齐。因此在

ci[0]之间插入3字节的间隙(图中阴影部分),使得i[0]的偏移量为4的倍数,同时在i[1]v之间插入4字节的间隙,

使得v的偏移量为8的倍数。这样最终S结构的大小为24字节。

运行程序结果为:

size of S = 24

从以上对比可以看出Linux下和windows下的对齐策略是不同的,这就导致在两个平台下结构体的大小不同。

 

现在考虑如下代码:

 1.   #include<stdio.h>

2.   typedef struct

3.   {

4.   int i;

5.   int j;

6.   char c;

7.   }S1;

8.   int main()

9.   {

10.  printf("size of S1 = %d\n"sizeof(S1));

11.  return 0;

12.  }

可能很多人认为编译后运行结果为9,以为结构体的每个元素都满足各自的对齐要求。其实不然,别忘了还有要考虑

结构体整体的对齐。假如有如下声明:

S1  d[4];

如果这样分配9个字节,不可能满足d的每个元素的对齐要求,因为这些元素的地址分别为xdxd+9xd+18

xd+27。这样只有第一个元素满足4字节对齐的要求,而其他的元素的地址都不是4的倍数。

 

因此编译器会在结构体的末尾填充3字节满足结构体整体的对齐要求,填充后的内存布局如下:


这样一来,d的元素的地址分别为xdxd+12xd+24xd+36,满足4字节的整数倍,这样最终S1的大小

12字节,而不是9字节.

 

总结:通过代码的对比,可以看出LinxWindwos的数据对齐有所差异,这就导致

在一些情况下两者平台结构体类型大小的不同。通过以上示例分析我们可以很简单的

计算出在任何平台下结构体的大小。

 


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转载自blog.csdn.net/shuyuan0128/article/details/80605341
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