`

C语言字节对齐详解[转]

c 
阅读更多
文章转自http://blog.csdn.net/xuxinshao/article/details/2244277
一、什么是对齐,以及为什么要对齐:
1. 现代计算机中内存空间都是按照byte划分的,从理论上讲似乎对任何类型的变量的访问可以从任何地址开始,但实际情况是在访问特定变量的时候经常在特定的内存地址访问,这就需要各类型数据按照一定的规则在空间上排列,而不是顺序的一个接一个的排放,这就是对齐。
2. 对齐的作用和原因:各个硬件平台对存储空间的处理上有很大的不同。一些平台对某些特定类型的数据只能从某些特定地址开始存取。其他平台可能没有这种情况, 但是最常见的是如果不按照适合其平台的要求对数据存放进行对齐,会在存取效率上带来损失。比如有些平台每次读都是从偶地址开始,如果一个int型(假设为 32位)如果存放在偶地址开始的地方,那么一个读周期就可以读出,而如果存放在奇地址开始的地方,就可能会需要2个读周期,并对两次读出的结果的高低 字节进行拼凑才能得到该int数据。显然在读取效率上下降很多。这也是空间和时间的博弈。
二、对齐的实现
通常,我们写程序的时候,不需要考虑对齐问题。编译器会替我们选择适合目标平台的对齐策略。当然,我们也可以通知给编译器传递预编译指令而改变对指定数据的对齐方法。
但是,正因为我们一般不需要关心这个问题,所以因为编辑器对数据存放做了对齐,而我们不了解的话,常常会对一些问题感到迷惑。最常见的就是struct数据结构的sizeof结果,出乎意料。为此,我们需要对对齐算法所了解。
对齐的算法:
由于各个平台和编译器的不同,现以本人使用的gcc version 3.2.2编译器(32位x86平台)为例子,来讨论编译器对struct数据结构中的各成员如何进行对齐的。
设结构体如下定义:
struct A {
    int a;
    char b;
    short c;
};
结构体A中包含了4字节长度的int一个,1字节长度的char一个和2字节长度的short型数据一个。所以A用到的空间应该是7字节。但是因为编译器要对数据成员在空间上进行对齐。
所以使用sizeof(strcut A)值为8。
现在把该结构体调整成员变量的顺序。
struct B {
    char b;
    int a;
    short c;
};
这时候同样是总共7个字节的变量,但是sizeof(struct B)的值却是12。
下面我们使用预编译指令#pragma pack (value)来告诉编译器,使用我们指定的对齐值来取代缺省的。
#pragma pack (2) /*指定按2字节对齐*/
struct C {
    char b;
    int a;
    short c;
};
#pragma pack () /*取消指定对齐,恢复缺省对齐*/
sizeof(struct C)值是8。

修改对齐值为1:
#pragma pack (1) /*指定按1字节对齐*/
struct D {
    char b;
    int a;
    short c;
};
#pragma pack () /*取消指定对齐,恢复缺省对齐*/
sizeof(struct D)值为7。

对于char型数据,其自身对齐值为1,对于short型为2,对于int,float,double类型,其自身对齐值为4,单位字节。
这里面有四个概念值:
1)数据类型自身的对齐值:就是上面交代的基本数据类型的自身对齐值。
2)指定对齐值:#pragma pack (value)时的指定对齐值value。
3)结构体或者类的自身对齐值:其成员中自身对齐值最大的那个值。
4)数据成员、结构体和类的有效对齐值:自身对齐值和指定对齐值中较小的那个值。
有了这些值,我们就可以很方便的来讨论具体数据结构的成员和其自身的对齐方式。有效对齐值N是最终用来决定数据存放地址方式的值,最重要。有效对齐N,就 是表示“对齐在N上”,也就是说该数据的"存放起始地址%N=0".而数据结构中的数据变量都是按定义的先后顺序来排放的。第一个数据变量的起始地址就是 数据结构的起始地址。结构体的成员变量要对齐排放,结构体本身也要根据自身的有效对齐值圆整(就是结构体成员变量占用总长度需要是对结构体有效对齐值的整 数倍,结合下面例子理解)。这样就不难理解上面的几个例子的值了。
例子分析:
分析例子B;
struct B {
    char b;
    int a;
    short c;
};
假设B从地址空间0x0000开始排放。该例子中没有定义指定对齐值,在笔者环境下,该值默认为4。第一个成员变量b的自身对齐值是1,比指定或者默认指 定对齐值4小,所以其有效对齐值为1,所以其存放地址0x0000符合0x0000%1=0.第二个成员变量a,其自身对齐值为4,所以有效对齐值也为 4,所以只能存放在起始地址为0x0004到0x0007这四个连续的字节空间中,复核0x0004%4=0,且紧靠第一个变量。第三个变量c,自身对齐 值为2,所以有效对齐值也是2,可以存放在0x0008到0x0009这两个字节空间中,符合0x0008%2=0。所以从0x0000到0x0009存 放的都是B内容。再看数据结构B的自身对齐值为其变量中最大对齐值(这里是b)所以就是4,所以结构体的有效对齐值也是4。根据结构体圆整的要求, 0x0009到0x0000=10字节,(10+2)%4=0。所以0x0000A到0x000B也为结构体B所占用。故B从0x0000到0x000B 共有12个字节,sizeof(struct B)=12;

同理,分析上面例子C:
#pragma pack (2) /*指定按2字节对齐*/
struct C {
    char b;
    int a;
    short c;
};
#pragma pack () /*取消指定对齐,恢复缺省对齐*/
第一个变量b的自身对齐值为1,指定对齐值为2,所以,其有效对齐值为1,假设C从0x0000开始,那么b存放在0x0000,符合0x0000%1= 0;第二个变量,自身对齐值为4,指定对齐值为2,所以有效对齐值为2,所以顺序存放在0x0002、0x0003、0x0004、0x0005四个连续 字节中,符合0x0002%2=0。第三个变量c的自身对齐值为2,所以有效对齐值为2,顺序存放
在0x0006、0x0007中,符合0x0006%2=0。所以从0x0000到0x00007共八字节存放的是C的变量。又C的自身对齐值为4,所以 C的有效对齐值为2。又8%2=0,C只占用0x0000到0x0007的八个字节。所以sizeof(struct C)=8.

有 了以上的解释,相信你对C语言的字节对齐概念应该有了清楚的认识了吧。在网络程序中,掌握这个概念可是很重要的喔,在不同平台之间(比如在Windows 和Linux之间)传递2进制流(比如结构体),那么在这两个平台间必须要定义相同的对齐方式,不然莫名其妙的出了一些错,可是很难排查的哦^_^。
分享到:
评论

相关推荐

    C语言字节对齐问题详解

    C语言字节对齐问题详解 C语言中的字节对齐问题是指在编译器将C语言程序编译成机器代码时,对变量的存储方式进行调整,以提高存取效率和减少存储空间。字节对齐是指在内存中将变量按照一定的规则排列,以便在访问...

    C语言字节对齐详解

    ### C语言字节对齐详解 #### 一、什么是对齐,以及为什么要对齐 现代计算机内存是由一个个字节组成的,理论上来说,任何类型的变量都可以从任意地址开始存放。但在实际操作中,为了提高访问效率,不同的数据类型...

    c语言字节对齐

    ### C语言中的字节对齐详解 #### 一、引言 字节对齐是C语言编程中的一个重要概念,尤其在处理复杂数据结构时尤为重要。本文将深入探讨字节对齐的基本原理、目的以及如何在实际开发中进行合理配置。 #### 二、字节...

    语言:内存字节对齐详解

    内存字节对齐是一种编程实践中遵循的规则,它涉及到如何在计算机内存中安排数据结构的成员,以便提高访问效率和兼容性。理解内存对齐至关重要,因为它直接影响到程序的性能和跨平台兼容性。 首先,我们要明白什么是...

    C语言中的字节对齐详解。

    C语言中的字节对齐详解 字节对齐是一种内存存储方式,在现代计算机中,内存空间都是按照byte划分的。在理论上讲,似乎对任何类型的变量的访问可以从任何地址开始,但实际情况是在访问特定类型变量的时候经常在特定...

    C语言数据存储对齐详解

    在S2中,c按1字节对齐,S1整体按4字节对齐(S1中最长成员的对齐参数),e按8字节对齐,所以S2的大小为24字节,满足所有成员的对齐要求,并且是8字节的倍数。 总之,C语言中的数据存储对齐是一个涉及内存管理和性能...

    字节对齐详解

    在计算机科学领域,字节对齐是一种优化内存访问效率的技术,尤其在C语言和其他底层编程中至关重要。字节对齐的原理是确保数据结构中的每个成员变量都存储在其自然边界上,即按照其数据类型占用的字节数进行对齐。...

    5分钟搞定内存字节对齐

    C语言内存字节对齐详解 在C语言中,内存字节对齐是指编译器为了提高程序执行效率和可移植性,而对结构体成员在内存中的存储方式进行的调整。这个调整是基于体系结构的对齐规则,旨在提高程序的执行效率和可移植性。...

    任意字节对齐分配内存

    #### 三、字节对齐算法详解 接下来,我们将详细介绍字节对齐的实现算法。这里以C语言为例进行说明: ##### 3.1 字节对齐算法的实现 定义一个宏 `ROUND_UP` 来实现任意字节对齐: ```c #define ROUND_UP(x, align) ...

    C 语言字节对齐

    ### C语言字节对齐详解 #### 一、字节对齐的概念 字节对齐是计算机编程领域中一个重要的概念,特别是在C语言这样的低级语言中尤为重要。它指的是计算机如何在内存中组织数据,使得数据能高效地被处理器访问。 - *...

    C语言memset用法详解.zip

    - `memset`不能用于填充浮点数数组,因为浮点数的内存表示方式不是字节对齐的,可能会导致意想不到的结果。 - 在处理大内存区域时,`memset`比循环更高效,因为它通常由编译器优化成汇编级别的指令,直接操作内存...

    c语言结构体知识详解

    例如,一个`short`类型变量通常需要2字节对齐,而`long`类型可能需要4字节对齐。如果一个结构体中,`short`紧跟在`long`之后,那么`short`可能会被移动到`long`之后的4字节边界处,以保持对齐。 上述的`char_short_...

    C语言常见笔试题及详解1

    在C语言中,编译器通常会按照一定的规则(如默认的字节对齐)来排列结构体中的成员,以提高访问效率。`#pragma pack(1)` 指定所有成员按1字节对齐,这样可以减少结构体的总大小,但可能会降低访问速度。例如,一个...

    C语言、C++内存对齐问题详解

    在上述例子中,`Test_A`和`Test_C`的大小都是8字节,满足4字节对齐,而`Test_B`的大小是12字节,满足4字节对齐。 内存对齐不仅影响结构体的大小,还会影响结构体中成员的访问。例如,如果直接通过指针访问结构体...

    C语言每日一题:结构体的内存大小

    ### C语言结构体内存对齐详解 在C语言中,结构体是一种复合数据类型,它允许程序员将不同类型的变量组织在一起作为一个单元。本篇文章将详细解释C语言中的结构体内存对齐原理,并通过一个具体的例子来说明如何计算...

    水滴石穿C语言之C语言的底层操作

    字节对齐是C语言中的一个重要概念,它指的是编译器在存储结构体变量时,会自动调整成员的地址,使其符合特定的对齐方式。这样做的目的是为了提高数据访问的速度,因为大多数处理器在访问未对齐的数据时效率较低。 *...

    C语言的底层操作

    字节对齐是C语言中一个重要的概念,特别是在涉及硬件访问、内存管理以及多处理器系统中的数据共享时。它指的是数据在内存中按照特定的边界对齐存放,以优化CPU对数据的读取和写入速度。不同的处理器架构可能有不同的...

Global site tag (gtag.js) - Google Analytics