c/c++ 的内存字节对齐

内存对齐

 

先了解下C/C++基本类型的字节占用情况，

 

 

alignas 关键字

 

 

 

#pragma pack(N)

pragma pack 规定的对齐长度，实际使用的规则是： 

• 结构（如struct，union，或者class ）内部的数据成员，第一个放在偏移为0的地方，以后每个数据成员的对齐，按照#pragma pack指定的数值和这个数据成员自身长度中，比较小的那个进行。 
• 而结构之间整体的对齐，则按照结构中最大的数据成员 和 #pragma pack指定值 之间，较小的那个进行。

也就是说，当#pragma pack的值等于或超过所有数据成员长度的时候，这个值的大小将不产生任何效果。 

再来看个例子：

#include <iostream>
using namespace std;

#define OFFSET(struct_type, member) ((size_t) &((struct_type *) 0)->member)

#pragma pack(4)
struct TestB
{
    int aa; 　　// 第一个成员，放在[0,3]偏移的位置，
    char a;　　// 第二个成员，自身长为1，#pragma pack(4),取小值，也就是1，所以这个成员按一字节对齐，放在偏移[4]的位置。
    short b;  //第三个成员，自身长2，#pragma pack(4)，取2，按2字节对齐，所以放在偏移[6,7]的位置。 
    char c;  //第四个，自身长为1，放在[8]的位置。
};
#pragma pack()

int main() {

    cout<< sizeof(TestB) << endl;　　　　// 12
    cout<< OFFSET(TestB, aa) <<endl;　　// 0
    cout<< OFFSET(TestB, a) <<endl;　　// 4
    cout<< OFFSET(TestB, b) <<endl;　　// 6
    cout<< OFFSET(TestB, c) <<endl;　　// 8
}

上面的例子中，这个struct 实际占据的内存空间是9字节，但sizeof返回的是12，原因：

结构之间的对齐，是按照结构内部最大的成员的长度，和#pragma pack规定的值之中较小的一个对齐的。 
所以这个例子中，结构之间对齐的长度是min(sizeof(int), 4)，也就是4。 4的倍数且比8（最后一个成员的偏移）大的是12，所以整个结构的占用字节数是12。

上面的例子中，去掉第一个int成员再来看：

#pragma pack(4)

struct TestB
{
//    int aa; 
    char a; // 第一个成员，放在[0]偏移的位置
    short b; // 第二个成员，自身长2，#pragma pack(4)，取2，按2字节对齐，所以放在偏移[2,3]的位置
    char c; //第三个，自身长为1，放在[4]的位置。

};

#pragma pack()

int main() {
    cout<< sizeof(TestB) << endl;   // 6
//  cout<< OFFSET(TestB, aa) <<endl;
    cout<< OFFSET(TestB, a) <<endl; // 0
    cout<< OFFSET(TestB, b) <<endl; // 2
    cout<< OFFSET(TestB, c) <<endl; // 4

}

这个例子中，结构之间对齐的长度是min(sizeof(short), 4)，也就是2。 2的倍数且比4（最后一个成员的偏移）大的是6，所以整个结构的占用字节数是6。

 

换一种修改，只修改pragma的值，

#pragma pack(2)

struct TestB
{
    int aa; // 第一个成员，放在[0,3]
    char a; // 二个成员，自身长1，放在[4]
    short b; // 第三个成员，自身长2，#pragma pack(2)，取2，按2字节对齐，所以放在偏移[6,7]的位置
    char c; //第四个，自身长为1，放在[8]的位置。

};

#pragma pack()

int main() {

    cout<< sizeof(TestB) << endl;   // 10
    cout<< OFFSET(TestB, aa) <<endl;    // 0
    cout<< OFFSET(TestB, a) <<endl; // 4
    cout<< OFFSET(TestB, b) <<endl; // 6
    cout<< OFFSET(TestB, c) <<endl; // 8

}

 

 

更多例子：

有数组的情况：

#pragma pack(4)

struct TestB
{
    float a[5];     // 第一个成员，放在[0, 19]
    char b;         // 第二个成员，自身长1，放在[20]
    float c[7];    // 第三个成员，自身长4，#pragma pack(4)，取4，按4字节对齐，所以放在偏移[24,51]的位置
    char d;         //第四个，自身长为1，放在[52]的位置。
};

#pragma pack()


int main() {

    cout<< sizeof(TestB) << endl;   // 56
    cout<< OFFSET(TestB, a) <<endl;    // 0
    cout<< OFFSET(TestB, b) <<endl; // 20
    cout<< OFFSET(TestB, c) <<endl; // 24
    cout<< OFFSET(TestB, d) <<endl; // 52

}

 

修改pack参数：

#pragma pack(2)

struct TestB
{
    float a[5];     // 第一个成员，放在[0, 19]
    char b;         // 第二个成员，自身长1，放在[20]
    float c[7];    // 第三个成员，自身长4，#pragma pack(2)，取2，按2字节对齐，所以放在偏移[22,49]的位置
    char d;         //第四个，自身长为1，放在[50]的位置。
};

#pragma pack()


int main() {

    cout<< sizeof(TestB) << endl;   // 52
    cout<< OFFSET(TestB, a) <<endl;    // 0
    cout<< OFFSET(TestB, b) <<endl; // 20
    cout<< OFFSET(TestB, c) <<endl; // 22
    cout<< OFFSET(TestB, d) <<endl; // 50

}

 

 

 

参考：

http://www.yebangyu.org/blog/2015/12/30/falsesharing/