為什么要進行內存對其？

(1)?性能原因：數據結構(尤其是棧)應該盡可能地在自然邊界上對齊。原因在于，為了訪問未對齊的內存，處理器需要作兩次內存訪問；而對齊的內存訪問僅需要一次訪問。

(2) 平臺原因：不是所有的硬件平臺都能訪問任意地址上的任意數據的；某些硬件平臺只能在某些地址處取某些特定類型的數據，否則拋出硬件異常。

(3)?空間原因：沒有進行內存對齊的結構體或類會浪費一定的空間，當創建對象越多時，消耗的空間越多。

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在 C/C++ 中，結構體/類是一種復合數據類型，其構成元素既可以是基本數據類型（如int、long、float等）的變量，也可以是一些復合數據類型（如數組、結構、聯合等）的數據單元。編譯器為每個成員按其自然邊界（alignment）分配空間。各個成員按照它們被聲明的順序在內存中順序存儲，第一個成員的地址和整個結構的地址相同。

如果一個變量的內存地址正好位于它長度的整數倍，他就被稱做自然對齊。如果在 32 位的機器下，一個int類型的地址為0x00000004，那么它就是自然對齊的。同理，short 類型的地址為0x00000002，那么它就是自然對齊的。char 類型就比較 "隨意" 了，因為它本身長度就是 1 個字節。自然對其的前提下：

char?? 偏移量為sizeof(char) 即 1 的倍數? short??偏移量為sizeof(short) 即 2 的倍數? int?? 偏移量為sizeof(int) 即 4 的倍數? float??偏移量為sizeof(float) 即 4 的倍數? double?偏移量為sizeof(double) 即 8 的倍數?

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在設置結構體或類時，不考慮內存對齊問題，會浪費一些空間，例如實驗一：

struct asd1{char a;int b;short c; };//12字節struct asd2{char a;short b;int c; };//8字節

上面兩個結構體擁有相同的數據成員 char、short 和 int，但由于各個成員按照它們被聲明的順序在內存中順序存儲，所以不同的聲明順序導致了結構體所占空間的不同。具體如下圖：

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看到上面的第二張圖，有的人可能會有疑問，為什么 short 不是緊挨著 char 呢？其實這個原因在上面已經給出了答案——自然對齊。為此，我們可以創建結構體驗證自然對齊的規則。實驗很簡單，在原本 short 類型變量前后添加 char 類型，看結果是怎樣的。實驗二：

struct asd3{char a;char b;short c;int d; };//8字節struct asd4{char a;short b;char cint d; };//12字節

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需要注意的一點

當數據成員中有 double 和 long 時，情況又會有一點變化。還是以上面的結構體 asd1 和 asd2 為基礎，都添加 double 型數據成員。來看看結果是什么，實驗三：

struct asd1{char a;int b;short c;double d; };//24個字節struct asd2{char a;short b;int c;double d; };//16個字節

只添加了一個 double，但 struct asd1 的大小從 12 變到了 24。而 struct asd2 的大小從 8 變到了 16。不需要迷惑，因為這和 double 的自然對其有關(需要注意)。原本的 asd1 占 12 個字節大小，但是 double 對齊需要是 8 的倍數，所以在 short 后面又填充了 4 個字節。此時，asd1 的占 16 個字節，再加上 double 的 8 個字節就成了 24 個字節。而 asd2 沒有這個問題，它原本占 8 個字節。因為正好能對齊，所以添加 double 后占 16 個字節。具體情況如下圖所示：?

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指定對齊值

在缺省情況下，C 編譯器為每一個變量或是數據單元按其自然對界條件分配空間。一般地，可以通過下面的方法來改變缺省的對界條件：
使用偽指令 #pragma pack (n)，C 編譯器將按照 n 個字節對齊。
使用偽指令 #pragma pack ()，取消自定義字節對齊方式。

實驗四：

#pragma pack(4) struct asd5{char a;int b;short c;float d;char e; };//20 #pragma pack()#pragma pack(1) struct asd6{char a;int b;short c;float d;char e; };//12 #pragma pack()

使用 #pragma pack (value)?指令將結構體按相應的值進行對齊。兩個結構體包含同樣的成員，但是卻相差 8 個字節。難道我們只需要通過簡單的指令就能完成內存對齊的工作嗎？其實不是的。上面的對齊結果如下：

以 32 位機器為例，CPU 取的字長是 32 位。所以上面的對齊結果會這樣帶來的問題是：訪問未對齊的內存，處理器需要作兩次內存訪問。如果我要獲取 int 和 float 的數據，處理器需要訪問兩次內存，一次獲取 "前一部分" 的值，一次獲取 "后一部分" 的值。這樣做雖然減少了空間，但是增加訪問時間的消耗。其實最理想的對齊結果應該是：

ps.使用 #pragma pack(4) 可以讓前面的實驗三中的 asd1 少占用 4 字節。

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對齊原則

1. 數據類型自身的對齊值：對于 char 型數據，其自身對齊值為1，對于 short 型為2，對于 int，float，double 類型，其自身對齊值為 4，單位字節。(上面實驗二已經驗證過了)

2.?結構體或者類的自身對齊值：其成員中自身對齊值最大的那個值。

3. 指定對齊值：#pragma pack (value) 時的指定對齊值 value。

4.?數據成員、結構體和類的有效對齊值：自身對齊值和指定對齊值中小的那個值。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的内存对齐详解的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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