C語言中的字節(jié)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(jié)（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(guī)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(jié)（每字節(jié)8個位）。字節(jié)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(jié)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(qū)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(yōu)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(jié)對齊不同的編譯器可能會采用不同的優(yōu)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(jié)），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(jié)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(jié)對齊，而double類型的結構成員的自然對界條件為8字節(jié)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(jié)面后面添加適當個數的空字節(jié)。
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(jié)。
例子1（分析結構各成員的默認字節(jié)對界條界條件和結構整體的默認字節(jié)對界條件）:
struct Test
{
char x1; // 成員x1為char型(其起始地址必須1字節(jié)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(jié)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(jié)對界)，編譯器在x2和x3之間填充了兩個空字節(jié)，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(jié)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(jié)對齊。則結構體長度就為12字節(jié)，內存布局為1100 1111 1000。
例子2：
#include
typedef struct
{
int aa1; //4個字節(jié)對齊 1111
char bb1;//1個字節(jié)對齊 1
short cc1;//2個字節(jié)對齊 011
char dd1; //1個字節(jié)對齊 1
} testlength1;
int length1 = sizeof(testlength1); //4個字節(jié)對齊，占用字節(jié)1111 1011 1000,length = 12
typedef struct
{
char bb2;//1個字節(jié)對齊 1
int aa2; //4個字節(jié)對齊 01111
short cc2;//2個字節(jié)對齊 11
char dd2; //1個字節(jié)對齊 1
} testlength2;
int length2 = sizeof(testlength2); //4個字節(jié)對齊，占用字節(jié)1011 1111 1000,length = 12
typedef struct
{
char bb3; //1個字節(jié)對齊 1
char dd3; //1個字節(jié)對齊 1
int aa3; //4個字節(jié)對齊 001111
short cc23;//2個字節(jié)對齊 11
} testlength3;
int length3 = sizeof(testlength3); //4個字節(jié)對齊，占用字節(jié)1100 1111 1100,length = 12
typedef struct
{
char bb4; //1個字節(jié)對齊 1
char dd4; //1個字節(jié)對齊 1
short cc4;//2個字節(jié)對齊 11
int aa4; //4個字節(jié)對齊 1111
} testlength4;
int length4 = sizeof(testlength4); //4個字節(jié)對齊，占用字節(jié)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;
}
