C語言中的字節對齊
時間：2018-09-28 來源：未知
1、什么是對齊？
現代計算機中內存空間都是按照字節（byte）劃分的，從理論上講似乎對任何類型的變量的訪問可以從任何地址開始，但實際情況是在訪問特定變量的時候經常在特定的內存地址訪問，這就需要各類型數據按照一定的規則在空間上排列，而不是順序地一個接一個地排放，這就是對齊。
2、為什么要對齊？
為了提高效率，計算機從內存中取數據是按照一個固定長度的。以32位機為例，它每次取32個位，也就是4個字節（每字節8個位）。字節對齊有什么好處？以int型數據為例，如果它在內存中存放的位置按4字節對齊，也就是說1個int的數據全部落在計算機一次取數的區間內，那么只需要取一次就可以了。如圖a-1。如果不對齊，很不巧，這個int數據剛好跨越了取數的邊界，這樣就需要取兩次才能把這個int的數據全部取到，這樣效率也就降低了。
內存對齊是會浪費一些空間的。但是這種空間上得浪費卻可以減少取數的時間。這是典型的一種以空間換時間的做法。空間與時間孰優孰略這個每個人都有自己的看法，但是C語言既然采取了這種以空間換時間的策略，就必然有它的道理。況且，在存儲器越來越便宜的今天，這一點點的空間上的浪費就不算什么了。
需要說明的是，字節對齊不同的編譯器可能會采用不同的優化策略。
3、如何實現對齊？
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。
在結構中，編譯器為結構的每個成員按其自然對界（alignment）條件分配空間。各個成員按照它們被聲明的順序在內存中順序存儲（成員之間可能有插入的空字節），第一個成員的地址和整個結構的地址相同。
C編譯器缺省的結構成員自然對界條件為“N字節對齊”，N即該成員數據類型的長度。如int型成員的自然對界條件為4字節對齊，而double類型的結構成員的自然對界條件為8字節對齊。若該成員的起始偏移不位于該成員的“默認自然對界條件”上，則在前一個節面后面添加適當個數的空字節。
C編譯器缺省的結構整體的自然對界條件為：該結構所有成員中要求的大自然對界條件。若結構體各成員長度之和不為“結構整體自然對界條件的整數倍，則在后一個成員后填充空字節。
例子1（分析結構各成員的默認字節對界條界條件和結構整體的默認字節對界條件）:
struct Test
{
char x1; // 成員x1為char型(其起始地址必須1字節對界)，其偏移地址為0
char x2; // 成員x2為char型(其起始地址必須1字節對界，其偏移地址為1
float x3; // 成員x3為float型(其起始地址必須4字節對界)，編譯器在x2和x3之間填充了兩個空字節，其偏移地址為4
char x4; // 成員x4為char型(其起始地址必須1字節對界)，其偏移地址為8
};
因為Test結構體中，大的成員為flaot x3，因些此結構體的自然對界條件為4字節對齊。則結構體長度就為12字節，內存布局為1100 1111 1000。
例子2：
#include
typedef struct
{
int aa1; //4個字節對齊 1111
char bb1;//1個字節對齊 1
short cc1;//2個字節對齊 011
char dd1; //1個字節對齊 1
} testlength1;
int length1 = sizeof(testlength1); //4個字節對齊，占用字節1111 1011 1000,length = 12
typedef struct
{
char bb2;//1個字節對齊 1
int aa2; //4個字節對齊 01111
short cc2;//2個字節對齊 11
char dd2; //1個字節對齊 1
} testlength2;
int length2 = sizeof(testlength2); //4個字節對齊，占用字節1011 1111 1000,length = 12
typedef struct
{
char bb3; //1個字節對齊 1
char dd3; //1個字節對齊 1
int aa3; //4個字節對齊 001111
short cc23;//2個字節對齊 11
} testlength3;
int length3 = sizeof(testlength3); //4個字節對齊，占用字節1100 1111 1100,length = 12
typedef struct
{
char bb4; //1個字節對齊 1
char dd4; //1個字節對齊 1
short cc4;//2個字節對齊 11
int aa4; //4個字節對齊 1111
} testlength4;
int length4 = sizeof(testlength4); //4個字節對齊，占用字節1111 1111,length = 8
int main(void)
{
printf("length1 = %d.\n",length1);
printf("length2 = %d.\n",length2);
printf("length3 = %d.\n",length3);
printf("length4 = %d.\n",length4);
return 0;
}
