C 記憶體對齊

記憶體對齊簡單的例子

#include
using namespace std;
class a
;int
main()

在classa中總共花費5個位元組。但是輸出的結果是

為什麼大小會是8？這個就需要歸功於c++的記憶體對齊了，我們看下類a中記憶體布局

在a變數後面插入了3個位元組，然後才是b變數。

這個原因是在位元組對齊的作用下，其中規律是：類每個成員相對類首位址的偏移量(offset)都是有效對齊值的整數倍，如有需要編譯器會在成員之間加上填充位元組(alignment)。

我們看下什麼叫做有效對齊位，一般情況（先說一般情況）下這個值就是基本資料型別所佔記憶體的大小，一般就是char為1、short為2、int為4、long long為8，也就是說在類中，char變數的有效對齊位是1，那麼它的相對偏移只要是1的倍數也就是任意值，short的相對偏移必須是2的倍數，int相對偏移必須是4的倍數。

上述情況a的偏移量為0是1的倍數，b的有效對齊位大小為4，所以起始位置需要是4才能滿足。

在程式中有效對齊位 = min（預設對齊位，位元組寬度）

預設對齊位在程式通過#prapam pack(n)設定。

我們在上述的**中插入預設對齊位的定義2

#include
using namespace std;
#pragma pack(2)
//預設對齊位
class a
;int
main()

輸出的內容為

這個時候類a中的記憶體布局為

因為b的記憶體對齊位為2，所以它的偏移只需要為2的倍數2，在a變數後面插入了1個位元組。

在類中大小也需要記憶體對齊。

我們在上述的例子中a加入乙個元素

#include
using namespace std;
class a
;int
main()

在這個類中最大額記憶體對齊值是int b為4，當4（a） + 4（b）+c（1）= 9最少還差3個位元組為12，所以需要在末尾填充3個位元組大小就可以滿足這個條件。

在c++類中不單單有成員的變數，如果類含有虛函式，那麼在類中會有乙個虛函式表指標。在使用虛繼承的時候每個虛繼承類都會有乙個虛繼承指標類（如果不清楚的這些的可以了解c++的記憶體布局）

當然虛函式表指標（vfptr）和虛基類表指標（vbtpr）也遵循這個規律。

我們看下以下**的記憶體布局

#include
using namespace std;
class a
;long
long lo;};
class b : virtual public a 
;int
main()

編譯後記憶體布局是

base a 中vfptr指標本來只佔4個位元組（在32位機器下），因為lo有效記憶體對齊值為8個記憶體，起始位址需要是8的倍數，所以vfptr後面填充了4個位元組補充。在vbptr後面也是相同，因為birtual base a記憶體對齊值為8所以所以vbptr指標，起始位址為8的倍數。

記憶體對齊不僅僅是體現在類成員的偏移和大小中，同樣也出現在棧，堆中，在棧和堆中都會符合起始位址和記憶體對齊值的倍數。

在堆中連續申請兩塊記憶體不一定是連續的位址，我們採用下面的**驗證是否符合。

#include
using namespace std;
//類a的記憶體對齊值是8
class a
;int
main()
else
} cout <<
"zcount = "
<< zcount << endl;
cout <<
"nzcount = "
<< nzcount << endl;
return1;
}

在堆上申請1百萬個元素，計算位址是否能被8整除。最後輸出結果為

可以看出記憶體對齊在堆上也是相同的

在棧中也是符合的，因為棧中記憶體是連續的，我們可以簡單的把輸出位址檢視是否有記憶體填充的情況。

#include
using namespace std;
//類a的記憶體對齊值是8
class a
;int
main()

我們可以看這段**輸出結果是

前面char記憶體都是連續遞減（棧記憶體增長是由高到底），到a的時候，相差17個位元組。我們用下面圖表示。其實c2和a只相差1個位元組，c2和a的起始位址相差17個位元組。就是因為這1個位元組的填充，a的起始位址才能是記憶體對齊值8整除。

我們可以在不同的編譯器中強制設定記憶體對齊。

參考文獻

gcc中

vc中記憶體對齊相關部落格:

C 記憶體對齊

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c 記憶體對齊

C 記憶體對齊

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