内存对齐的规则以及作用[通俗易懂]

内存对齐的规则以及作用

大家好,又见面了,我是全栈君。

内存对齐能够用一句话来概括:

“数据项仅仅能存储在地址是数据项大小的整数倍的内存位置上”
比如int类型占用4个字节。地址仅仅能在0,4。8等位置上。

由一个程序引入话题:

//环境:vc6 + windows sp2
//程序1
#include <iostream>

using namespace std;

struct st1 
{
    char a ;
    int  b ;
    short c ;
};

struct st2
{
    short c ;
    char  a ;
    int   b ;
};

int main()
{
    cout<<"sizeof(st1) is "<<sizeof(st1)<<endl;
    cout<<"sizeof(st2) is "<<sizeof(st2)<<endl;
    return 0 ;
}


程序的输出结果为:

 sizeof(st1) is 12

        sizeof(st2) is 8 

 

问题出来了。这两个一样的结构体,为什么sizeof的时候大小不一样呢?

本文的主要目的就是解释明确这一问题。

 

内存对齐,正是由于内存对齐的影响,导致结果不同。

对于大多数的程序猿来说,内存对齐基本上是透明的,这是编译器该干的活,编译器为程序中的每一个数据单元安排在合适的位置上,从而导致了同样的变量,不同声明顺序的结构体大小的不同。

 

       那么编译器为什么要进行内存对齐呢?程序1中结构体按常理来理解sizeof(st1)和sizeof(st2)结果都应该是7。4(int) + 2(short) + 1(char) = 7 。

经过内存对齐后,结构体的空间反而增大了。

在解释内存对齐的作用前,先来看下内存对齐的规则:

1、  对于结构的各个成员。第一个成员位于偏移为0的位置,以后每一个数据成员的偏移量必须是min(#pragma pack()指定的数,这个数据成员的自身长度) 的倍数。

2、  在数据成员完毕各自对齐之后,结构(或联合)本身也要进行对齐,对齐将依照#pragma pack指定的数值和结构(或联合)最大数据成员长度中。比較小的那个进行。

 

#pragma pack(n) 表示设置为n字节对齐。

 VC6默认8字节对齐

以程序1为例解释对齐的规则 :

St1 :char占一个字节。起始偏移为0 ,int 占4个字节,min(#pragma pack()指定的数。这个数据成员的自身长度) = 4(VC6默认8字节对齐),所以int按4字节对齐。起始偏移必须为4的倍数,所以起始偏移为4,在char后编译器会加入3个字节的额外字节,不存放随意数据。short占2个字节,按2字节对齐。起始偏移为8,正好是2的倍数,无须加入额外字节。到此规则1的数据成员对齐结束。此时的内存状态为:

oxxx|oooo|oo

0123 4567 89 (地址)

(x表示额外加入的字节)

共占10个字节。还要继续进行结构本身的对齐。对齐将依照#pragma pack指定的数值和结构(或联合)最大数据成员长度中。比較小的那个进行,st1结构中最大数据成员长度为int。占4字节,而默认的#pragma pack 指定的值为8,所以结果本身依照4字节对齐。结构总大小必须为4的倍数,需加入2个额外字节使结构的总大小为12 。

此时的内存状态为:

oxxx|oooo|ooxx

0123 4567 89ab  (地址)

到此内存对齐结束。St1占用了12个字节而非7个字节。

 

St2 的对齐方法和st1同样,读者可自己完毕。

 

内存对齐的主要作用是:

1、  平台原因(移植原因):不是全部的硬件平台都能訪问随意地址上的随意数据的;某些硬件平台仅仅能在某些地址处取某些特定类型的数据,否则抛出硬件异常。

2、  性能原因:经过内存对齐后,CPU的内存訪问速度大大提升。

详细原因稍后解释。

 

图一:


内存对齐的规则以及作用[通俗易懂]

这是普通程序猿心目中的内存印象。由一个个的字节组成。而CPU并非这么看待的。

 

图二:

内存对齐的规则以及作用[通俗易懂]

CPU把内存当成是一块一块的,块的大小能够是2,4。8。16字节大小。因此CPU在读取内存时是一块一块进行读取的。块大小成为memory access granularity(粒度) 本人把它翻译为“内存读取粒度” 。

 

如果CPU要读取一个int型4字节大小的数据到寄存器中,分两种情况讨论:

1、数据从0字节開始

2、数据从1字节開始

 

再次如果内存读取粒度为4。

 

图三:

内存对齐的规则以及作用[通俗易懂]

当该数据是从0字节開始时,非常CPU仅仅需读取内存一次就可以把这4字节的数据全然读取到寄存器中。

    当该数据是从1字节開始时,问题变的有些复杂。此时该int型数据不是位于内存读取边界上。这就是一类内存未对齐的数据。

 

图四:

内存对齐的规则以及作用[通俗易懂]

 

此时CPU先訪问一次内存。读取0—3字节的数据进寄存器。并再次读取4—5字节的数据进寄存器,接着把0字节和6,7,8字节的数据剔除。最后合并1,2,3。4字节的数据进寄存器。对一个内存未对齐的数据进行了这么多额外的操作。大大减少了CPU性能。

    这还属于乐观情况了。上文提到内存对齐的作用之中的一个为平台的移植原因,由于以上操作仅仅有有部分CPU肯干,其它一部分CPU遇到未对齐边界就直接罢工了。

版权声明:本文内容由互联网用户自发贡献,该文观点仅代表作者本人。本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。如发现本站有涉嫌侵权/违法违规的内容, 请发送邮件至 举报,一经查实,本站将立刻删除。

发布者:全栈程序员-用户IM,转载请注明出处:https://javaforall.cn/116525.html原文链接:https://javaforall.cn

【正版授权,激活自己账号】: Jetbrains全家桶Ide使用,1年售后保障,每天仅需1毛

【官方授权 正版激活】: 官方授权 正版激活 支持Jetbrains家族下所有IDE 使用个人JB账号...

(0)
blank

相关推荐

  • Apache有哪两种虚拟主机的方式_服务器如何搭建虚拟主机

    Apache有哪两种虚拟主机的方式_服务器如何搭建虚拟主机Apache虚拟主机的实现方式有3种。基于IP的虚拟主机基于端口的虚拟主机基于域名的虚拟主机配置环境系统:CentOS7.5工具:XShell6**配置准备**1.安装httpdyuminstallhttpd-y2.查看安装了内容rpm-qlhttpd|less3、配置Selinux文件,SELINUX=disabled。4、关闭防火墙s…

  • linux中ll排序命令,ll命令

    linux中ll排序命令,ll命令-a列出目录下所有的文件,包括.开头的隐藏文件-A列出目录下所有的文件,不包括.开头的隐藏文件-c配合-lt:根据ctime排序及显示ctime(文件状态最后更改的时间)配合-l:显示ctime但根据名称排序否则:根据ctime排序-C每栏由上至下列出项目–color[=WHEN]控制是否使用色彩分辨文件。WHEN可以是‘never‘、‘always‘或‘auto‘…

  • FLAG_ACTIVITY_NEW_TASK谨慎使用「建议收藏」

    FLAG_ACTIVITY_NEW_TASK谨慎使用「建议收藏」前段时间在适配android权限的时候,遇到一问题1::在Activity的onCreate中去申请权限2:对申请结果进行判断,如果全部拒绝了权限,则弹出退出或者是去设置中打开权限其中点击设置中打开权限的时候启动activity时添加NEW_TASKTAG.并且对返回结果进行判断,如果仍然没有权限的时候,程序直接finish结果用户点击了设置-权限,去打开或者关闭权限,并且按back键返回后,a…

  • Flume-Kafka-Flume对接Kafka以及Kafka数据分类传输

    Flume-Kafka-Flume对接Kafka以及Kafka数据分类传输Flume对接KafkaFlume日志采集组件;Flume对接kafka主要是为了通过kafka的topic功能,动态的增加或者减少接收的节点,并且Flume要对接多个节点是需要多个channel和sink的会导致内存不够的情况。那么可以实现的场景就是Flume采集日志文件,通过kafka给多给业务线使用。1)配置flume(flume-kafka.conf)#definea1.sources=r1a1.sinks=k1a1.channels=c1#sourcea1

  • 算法的时间复杂度和空间复杂度计算

    算法的时间复杂度和空间复杂度计算1、算法时间复杂度1.1算法时间复杂度的定义:    在进行算法分析时,语句总的执行次数T(n)是关于问题规模n的函数,进而分析T(n)随n的变化情况并确定T(n)的数量级。算法的时间复杂度,也就是算法的时间量度,记作:T(n)=O(f(n))。它表示随问题规模n的增大,算法执行时间的增长率和f(n)的增长率相同,称作算法的渐近时间复杂度,简称为时间复杂度,是一种“渐进表示法”。…

发表回复

您的电子邮箱地址不会被公开。

关注全栈程序员社区公众号