由于某些硬件平臺(tái)不能任意訪問(wèn)地址數(shù)據(jù)，只能在某些地址處取某些特定類型的數(shù)據(jù)；并且處理器訪問(wèn)未對(duì)齊的內(nèi)存時(shí)，需要多次讀取并對(duì)多余數(shù)據(jù)進(jìn)行剔除，相較于對(duì)齊內(nèi)存訪問(wèn)，耗費(fèi)了更多的時(shí)間，降低了數(shù)據(jù)訪問(wèn)效率，因此需要內(nèi)存對(duì)齊。

一、內(nèi)存字節(jié)對(duì)齊的規(guī)則

1.數(shù)據(jù)類型自然邊界對(duì)齊

char型數(shù)據(jù)自身對(duì)齊值為1字節(jié)，short型數(shù)據(jù)為2字節(jié)，int/float型為4字節(jié)，double型為8字節(jié)，long型數(shù)據(jù)為4字節(jié)（32位編譯器）或8字節(jié)（64位編譯器），void*型數(shù)據(jù)為4字節(jié)（32位編譯器）或8字節(jié)（64位編譯器）。

2.結(jié)構(gòu)體、類的自身對(duì)齊

為結(jié)構(gòu)體分配內(nèi)存時(shí)，分配的內(nèi)存大小至少是各個(gè)字段的長(zhǎng)度和。通常，分配的結(jié)構(gòu)體的長(zhǎng)度會(huì)大于結(jié)構(gòu)體各個(gè)字段的長(zhǎng)度和，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)體需要對(duì)齊，即結(jié)構(gòu)體各字段之間需要填充。

缺省情況下，編譯器為結(jié)構(gòu)體的每個(gè)成員按其自然邊界對(duì)齊方式分配空間，并按照每個(gè)成員被聲明的順序在內(nèi)存中順序存儲(chǔ)，第一個(gè)成員的地址和整個(gè)結(jié)構(gòu)體的地址相同。結(jié)構(gòu)體整體的默認(rèn)字節(jié)對(duì)齊值是結(jié)構(gòu)體中所有成員中對(duì)齊參數(shù)最大值，結(jié)構(gòu)體長(zhǎng)度的計(jì)算必須取所用過(guò)的所有對(duì)齊參數(shù)的整數(shù)倍。

結(jié)構(gòu)體中每個(gè)成員的首地址是成員自身自然邊界對(duì)齊值的整數(shù)倍，如果成員自身大小大于指定對(duì)齊字節(jié)，以指定對(duì)齊字節(jié)整數(shù)倍為基準(zhǔn)對(duì)齊；

結(jié)構(gòu)體整體對(duì)齊方式取決于結(jié)構(gòu)體中所有成員的自然邊界對(duì)齊值最大值的整數(shù)倍，如果最大成員大小超過(guò)指定對(duì)齊字節(jié)，以指定對(duì)齊字節(jié)整數(shù)倍為基準(zhǔn)對(duì)齊（也叫補(bǔ)齊，目的是多個(gè)結(jié)構(gòu)體連續(xù)存儲(chǔ)時(shí)也滿足對(duì)齊要求）。

3.編譯器指定對(duì)齊

內(nèi)存字節(jié)對(duì)齊是GCC編譯器對(duì)C語(yǔ)言進(jìn)行的擴(kuò)展。在缺省情況下，C編譯器為每一個(gè)變量或是數(shù)據(jù)單元按其自然邊界對(duì)齊條件分配空間。

（1）GCC編譯器兩種內(nèi)存對(duì)齊的方法

屬性設(shè)置方式（推薦）

__attribute__ ((aligned(n))); //讓所作用的結(jié)構(gòu)體或者類或者聯(lián)合或者一個(gè)類型的變量(對(duì)象)分配地址空間時(shí)的地址在編譯過(guò)程中按n字節(jié)對(duì)齊
__attribute__ ((packed)); //取消結(jié)構(gòu)在編譯過(guò)程中的優(yōu)化對(duì)齊

如果__attribute__((aligned(n)))作用于一個(gè)類型，那么該類型的變量在分配地址空間時(shí)，其存放的地址一定按照n字節(jié)對(duì)齊(n必須是2的冪次方)；如果類型中的成員的自然邊界對(duì)齊值大于n，則按照機(jī)器字長(zhǎng)（32位或者64位）對(duì)齊。類型占用的空間，即大小，需要是n的整數(shù)倍，以保證在申請(qǐng)連續(xù)存儲(chǔ)空間的時(shí)候，每一個(gè)元素的地址也是按照n字節(jié)對(duì)齊。

32位處理器指定4字節(jié)對(duì)齊方式實(shí)例如下：

struct test{char a[18];double b;char c;int d;short e;
}__attribute__((aligned(4)));//實(shí)際有效指定對(duì)齊值為4字節(jié)（機(jī)器字長(zhǎng)）sizeof(struct test);//40字節(jié)

第一個(gè)成員（char a[18]）：假設(shè)放在內(nèi)存開始地址為0的位置，占用內(nèi)存地址范圍為0~18。

第二個(gè)成員（double b）：double類型占8字節(jié)，大于指定對(duì)齊字節(jié)（4字節(jié)），因此以4字節(jié)對(duì)齊為基準(zhǔn)。由于第一個(gè)成員結(jié)束地址為18，不是4的整數(shù)倍，需要再加2個(gè)字節(jié)從地址20開始。

第三個(gè)成員（char c）：char類型占1字節(jié)，可以直接從第二個(gè)成員結(jié)束地址28開始。

第四個(gè)成員（int d）：int類型占4字節(jié)，地址29不是4的整數(shù)倍，需要加3個(gè)字節(jié)，從地址32開始。

第五個(gè)成員（short e）：short類型占2字節(jié)，地址36剛好是2的整數(shù)倍，可以直接放在當(dāng)前地址。

最后是對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)體補(bǔ)齊，該結(jié)構(gòu)體中最大字節(jié)為8字節(jié)（double類型），大于指定對(duì)齊字節(jié)，所以還是以4字節(jié)補(bǔ)齊為基準(zhǔn)。整個(gè)結(jié)構(gòu)體結(jié)束地址為38，地址38不是4的整數(shù)倍，需要額外加2個(gè)字節(jié)填充，即整個(gè)結(jié)構(gòu)體的大小為40字節(jié)。具體對(duì)齊結(jié)構(gòu)如下圖所示。

偽指令方式（最多只支持8字節(jié)對(duì)齊，不建議使用）

#pragma pack(n) //n取值可以為1、2、4、8，在編譯過(guò)程中按照n個(gè)字節(jié)對(duì)齊
#pragma pack() //取消指定對(duì)齊，按照編譯器的優(yōu)化對(duì)齊方式對(duì)齊

32位處理器指定4字節(jié)對(duì)齊方式實(shí)例如下：

#pragma pack(4)
struct test{char a;int b;short c;char *p;double d;
};
#pragma pack()sizeof(struct test);//24字節(jié)

（2）其他編譯器內(nèi)存對(duì)齊方式

#if defined   (__CC_ARM) /*!< ARM Compiler */ //MDK__align(4) uint16_t data[40];//存儲(chǔ)類修飾符，只修飾最高級(jí)類型對(duì)象，不能用于結(jié)構(gòu)或者函數(shù)對(duì)象//__packed是1字節(jié)對(duì)齊，不使用__packed的話系統(tǒng)以默認(rèn)方式對(duì)齊#elif defined ( __ICCARM__ ) /*!< IAR Compiler */ #pragma data_alignment=4 uint16_t data[40];#elif defined (__GNUC__) /*!< GNU Compiler */ __attribute__ ((aligned (4))) uint16_t data[40]; #elif defined  (__TASKING__) /*!< TASKING Compiler */ __align(4) uint16_t data[40];#endif /* __CC_ARM */

二、檢查內(nèi)存地址是否對(duì)齊（4字節(jié)為例）

4字節(jié)對(duì)齊的地址是4（100b）字節(jié)的整數(shù)倍，也就是說(shuō)地址的二進(jìn)制表示形式以00結(jié)尾，因此可以通過(guò)以下方式對(duì)4字節(jié)對(duì)齊地址進(jìn)行測(cè)試：

if((address & 0x3) == 0)
{//The address is 4-byte aligned here
}if(address & 0x3)
{//The address is not 4-byte aligned here
}

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的内存对齐规则总结的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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