C++中的内存对齐实例详解

2024-02-09 17:15:12

C++中的内存对齐实例详解

内存对齐

在我们的程序中，数据结构还有变量等等都需要占有内存，在很多系统中，它都要求内存分配的时候要对齐，这样做的好处就是可以提高访问内存的速度。

我们还是先来看一段简单的程序：

程序一

 #include <iostream>
 using namespace std;

 struct X1
 {
  int i;//4个字节
  char c1;//1个字节
  char c2;//1个字节
 };

 struct X2
 {
  char c1;//1个字节
  int i;//4个字节
  char c2;//1个字节
 };

 struct X3
 {
  char c1;//1个字节
  char c2;//1个字节
  int i;//4个字节
 };
 int main()
 {
   cout<<"long "<<sizeof(long)<<"\n";
   cout<<"float "<<sizeof(float)<<"\n";
   cout<<"int "<<sizeof(int)<<"\n";
   cout<<"char "<<sizeof(char)<<"\n";

   X1 x1;
   X2 x2;
   X3 x3;
   cout<<"x1 的大小 "<<sizeof(x1)<<"\n";
   cout<<"x2 的大小 "<<sizeof(x2)<<"\n";
   cout<<"x3 的大小 "<<sizeof(x3)<<"\n";
   return 0;
 }

这段程序的功能很简单，就是定义了三个结构X1,X2,X3,这三个结构的主要区别就是内存数据摆放的顺序，其他都是一样的，另外程序输入了几种基本类型所占用的字节数，以及我们这里的三个结构所占用的字节数。

这段程序的运行结果为：

 long 4
 float 4
 int 4
char 1
x1 的大小 8
x2 的大小 12
x3 的大小 8

结果的前面四行没有什么问题，但是我们在最后三行就可以看到三个结构占用的空间大小不一样，造成这个原因就是内部数据的摆放顺序，怎么会这样呢？

下面就是我们需要讲的内存对齐了。

内存是一个连续的块，我们可以用下面的图来表示, 它是以4个字节对一个对齐单位的：

图一

让我们看看三个结构在内存中的布局：

首先是 X1，如下图所示

X1 中第一个是 Int类型，它占有4字节，所以前面4格就是满了，然后第二个是char类型，这中类型只占一个字节，所以它占有了第二个4字节组块中的第一格，第三个也是char类型，所以它也占用一个字节，它就排在了第二个组块的第二格，因为它们加在一起大小也不超过一个块，所以他们三个变量在内存中的结构就是这样的，因为有内存分块对齐，所以最后出来的结果是8，而不是6，因为后面两个格子其实也算是被用了。

再次看看X2，如图所示

X2中第一个类型是Char类型，它占用一个字节，所以它首先排在第一组块的第一个格子里面，第二个是Int类型，它占用4个字节，第一组块已经用掉一格，还剩3格，肯定是无法放下第二Int类型的，因为要考虑到对齐，所以不得不把它放到第二个组块，第三个类型是Char类型，跟第一个类似。所因为有内存分块对齐，我们的内存就不是8个格子了，而是12个了。

再看看X3，如下图所示：

关于X3的说明其实跟X1是类似的，只不过它把两个1个字节的放到了前面，相信看了前面两种情况的说明这里也是很容易理解的。

唉，写到这手都累了，关键是要画图，希望通过此文能让你理解内存对齐的基本概念，如果有问题，请留言。

感谢阅读，希望能帮助到大家，谢谢大家对本站的支持，如有疑问，请留言，共同进步！

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