注：本文代碼測試環(huán)境為win7 X64 cpu, 編譯器為gcc4.7.1 和 vs2010

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內(nèi)存對齊是編譯器為了便于CPU快速訪問而采用的一項技術(shù)

我們先從一個例子開始，對下面的類(或者結(jié)構(gòu)體)

class node

{

char c;

int i;

short s;

}no;

sizeof(no)的值是多少呢，如果你的回答是7(1+4+2)，那么你應(yīng)該認真閱讀下面的內(nèi)容。可以在編譯器上試試，輸出的結(jié)果是12，這就是內(nèi)存對齊的結(jié)果。

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為什么要進行內(nèi)存對齊呢？

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

性能原因：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(尤其是棧)應(yīng)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(nèi)存，處理器需要作兩次內(nèi)存訪問；而對齊的內(nèi)存訪問僅需要一次訪問。???????????????????????????????????????????????????????????????????????本文地址

編譯器一般按照幾個字節(jié)對齊呢？本文中兩個編譯器默認按照類中最大類型長度來對齊，我么也可以使用語句#pragma pack(i)(i = 1,2,4,8,16)來設(shè)置對齊字節(jié)數(shù)目，vs還可以在項目屬性-配置屬性-c/c++-代碼生成-結(jié)構(gòu)成員對齊設(shè)置。

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對齊規(guī)則如下：

如果設(shè)置了內(nèi)存對齊為 i 字節(jié)，類中最大成員對齊字節(jié)數(shù)為j，那么整體對齊字節(jié)n = min(i, j)? （某個成員的對齊字節(jié)數(shù)定義：如果該成員是c++自帶類型如int、char、double等，那么其對齊字節(jié)數(shù)=該類型在內(nèi)存中所占的字節(jié)數(shù)；如果該成員是自定義類型如某個class或者struct，那個它的對齊字節(jié)數(shù) = 該類型內(nèi)最大的成員對齊字節(jié)數(shù)《詳見實例4》）

每個成員對齊規(guī)則：類中第一個數(shù)據(jù)成員放在offset為0的位置；對于其他的數(shù)據(jù)成員（假設(shè)該數(shù)據(jù)成員對齊字節(jié)數(shù)為k），他們放置的起始位置offset應(yīng)該是 min(k, n) 的整數(shù)倍

整體對齊規(guī)則：最后整個類的大小應(yīng)該是n的整數(shù)倍

當設(shè)置的對齊字節(jié)數(shù)大于類中最大成員對齊字節(jié)數(shù)時，這個設(shè)置實際上不產(chǎn)生任何效果（實例2）；當設(shè)置對齊字節(jié)數(shù)為1時，類的大小就是簡單的把所有成員大小相加

我們通過以下幾個實例來分析

實例1：（沒有指定對齊字節(jié)，則n = 最大成員（int i）的大小4）

class node

{

char c;?? //放在位置0，位置區(qū)間[0]

int i;????? //4 = n, 那么放置起始位置應(yīng)該是4的倍數(shù)，即4，位置區(qū)間為[4~7]

short s; //2 < n，那么放置起始位置應(yīng)該是2的倍數(shù)，即8，位置區(qū)間為[8~9]

}

此時成員共占用[0~9]10個字節(jié)，還要整體對齊，大小應(yīng)該是4的倍數(shù)，即12

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實例2：（假設(shè)指定對齊字節(jié)為8，那么n = min(8,4) = 4）

class node

{

int i; //放在位置0，位置區(qū)間[0~3]

char c; //1 < n, 那么放置起始位置應(yīng)該是1的倍數(shù)，即4，位置區(qū)間為[4]

short s; //2 < n，那么放置起始位置應(yīng)該是2的倍數(shù)，即6，位置區(qū)間為[6~7]

}

成員共占據(jù)[0~7]8個字節(jié)，剛好是4的倍數(shù)，因此大小是8

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實例3：（假設(shè)指定對齊字節(jié)是2，則n = min(2,4) = 2）

class node

{

char c; //放在位置0，位置區(qū)間[0]

int i; //4 > n, 那么放置起始位置應(yīng)該是2的倍數(shù)，即2，位置區(qū)間為[2~5]

short s; //2 = n，那么放置起始位置應(yīng)該是2的倍數(shù)，即6，位置區(qū)間為[6~7]

}

此時成員共占用[0~7]8個字節(jié)，剛好是4的倍數(shù)，因此大小是8

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實例4：（按照默認設(shè)置）

class temp?
{?
??? char c;?
??? int i;?
??? short s1;?
};

由實例1可知，默認對齊情況下，temp的大小是12，temp的對齊字節(jié)數(shù)是：三個成員取最大的，即為4；

對于node，n = 其三個成員對齊字節(jié)數(shù)取最大，即等于t的對齊字節(jié)數(shù)，也就是 4。

class node

{

char c; //放在位置0，位置區(qū)間[0]

temp t; //4（temp的對齊字節(jié)數(shù)） = n, 那么放置起始位置應(yīng)該是4的倍數(shù)，即4，位置區(qū)間為[4~15]

short s; //2 < n，那么放置起始位置應(yīng)該是2的倍數(shù)，即16，位置區(qū)間為[16~17]

}

此時成員共占用[0~17]18個字節(jié)，還要整體對齊，大小應(yīng)該是4的倍數(shù)，因此大小是20

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實例5：（默然設(shè)置）

對于node，n = 其三個成員對齊字節(jié)數(shù)取最大，即等于d的對齊字節(jié)數(shù)，也就是 8。

class node

{

temp t; //放在位置0，位置區(qū)間[0~11]

double d; //8（temp的對齊字節(jié)數(shù)） = n, 那么放置起始位置應(yīng)該是8的倍數(shù)，即16，位置區(qū)間為[16~23]

short s; //2 < n，那么放置起始位置應(yīng)該是2的倍數(shù)，即24，位置區(qū)間為[24~25]

}

此時成員共占用[0~25]26個字節(jié)，還要整體對齊，大小應(yīng)該是8的倍數(shù)，因此大小是32.

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類繼承時的內(nèi)存對齊

考慮如下類

class A

{

int i;

char c1;

}

class B:public A

{

char c2;

}

class C:public B

{

char c3;

}

sizeof(C)結(jié)果是多少呢，gcc和vs給出了不同的結(jié)果，分別是8、16

gcc中：C相當于把所有成員i、c1、c2、c3當作是在一個class內(nèi)部，(先繼承后對齊)

vs中：對于A，對齊后其大小是8；對于B，c2加上對齊后的A的大小是9，對齊后就是12；對于C，c3加上對齊后的B大小是13，再對齊就是16 (先對齊后繼承)

關(guān)于c++對象繼承后的內(nèi)存布局，更詳細的分析可以《深度探索參考c++對象模型》第三章

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參考資料：

zhyjunfov的ChinaUnix博客：gcc的內(nèi)存對齊

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創(chuàng)作挑戰(zhàn)賽新人創(chuàng)作獎勵來咯，堅持創(chuàng)作打卡瓜分現(xiàn)金大獎

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的C++ 内存对齐的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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