C/C++中内存对齐的问题的讲解

简介: C/C++中内存对齐的问题的讲解

内存对齐规则


在C/C++中的结构体或类,存在内存对齐问题。内存对齐是为了方便计算机进行寻址,优化寻址速度的一个措施,其代价是消耗不必要的内存空间。

内存对齐遵循以下规则:

  • 第一个成员在与结构体变量偏移量为0的地址处。
  • 其他成员变量都放在对齐数(成员的大小和默认对齐数的较小值)的整数倍的偏移地址处。
  • 对齐数=编译器默认的一个对齐数与该成员大小的较小值。(不同的编译器其默认对齐数不同,64位系统中VS默认的对齐数是8,在Linux中没有默认的对齐数)
  • 可以在程序开端声明#pragma pack(数字)来设置默认对齐值
  • 结构体总大小为最大对齐数(每个成员变量都有一个对齐数 )的整数倍。
  • 如果嵌套了结构体的情况,嵌套的结构体对齐到自己的最大对齐数的整数倍处,结构体的整体大小就是所有最大对齐数(含嵌套结构体的对齐数)的整数倍。--->最大对齐数肯定不超过默认对齐数

示例:VS运行(默认对齐数为8)


typedef struct test2
 {
     int a;//4-->8,占0,1,2,3地址处,后续补4,5,6,7
     double c;//8,但由于其只能放在与首地址偏移量为8的地址上,因此4,5,6,7作为填补空缺,它从8存储
 };
 typedef struct testMemory
 {
     int a;//4-->8
     long b;//8
     char c;//1
     struct test2 l;//16
 };
cout  <<sizeof(test2) << " " << sizeof(testMemory) << endl;


上面这段代码中定义了两个结构体test2testMemory,并使用sizeof关键字计算它们的大小。

首先,test2结构体包含一个int类型成员变量和一个double类型成员变量。根据数据类型在内存中的对齐规则,int类型占用4个字节,在内存中占用0,1,2,3地址处,而double类型占用8个字节,需要放在地址偏移量为8的位置上。因此,test2的大小为16个字节。

接下来,testMemory结构体包含四个成员变量:一个int类型、一个long类型、一个char类型和一个test2类型的结构体。其中,int类型和long类型各占4个字节,char类型占1个字节,而test2类型的大小为16个字节,所以testMemory的大小为4 + 8 + 1 + 16 = 29个字节。

最后,程序通过cout语句输出test2testMemory的大小。

输出:


16 40


1687688312854.png


class类


在C++中,class与struct是相同的,除了:

  • 两者中如果不对成员不指定公私有,struct默认是公有的,class则默认是私有的
  • class默认是private继承, 而struct默认是public继承

因此,对于struct的对齐规则同样是class的对齐规则,在c++中,还必须注意在存在虚函数时类有一个虚表指针的情况:(在64位中指针大小为8字节,32为4字节)


class my {
 private:
     int a;
     double b;
     char c;
     virtual int m() { return 0; }
   virtual int s(){return 0;}
 };
//sizeof(my)为32:8+8+8+8
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