C语言中“内存对齐”解析
C语言字节对齐
转载连接1：http://blog.csdn.net/21aspnet/article/details/6729724
转载连接2：http://blog.chinaunix.net/uid-10995602-id-2918694.html
文章最后本人做了一幅图，一看就明白了，这个问题网上讲的不少，但是都没有把问题说透。
一、概念
对齐跟数据在内存中的位置有关。如果一个变量的内存地址正好位于它长度的整数倍，他就被称做自然对齐。比如在32位cpu下，假设一个整型变量的地址为0x00000004，那它就是自然对齐的。
二、为什么要字节对齐
需要字节对齐的根本原因在于CPU访问数据的效率问题。假设上面整型变量的地址不是自然对齐，比如为0x00000002，则CPU如果取它的值的话需要访问两次内存，第一次取从0x00000002-0x00000003的一个short，第二次取从0x00000004-0x00000005的一个short然后组合得到所要的数据，如果变量在0x00000003地址上的话则要访问三次内存，第一次为char，第二次为short，第三次为char，然后组合得到整型数据。而如果变量在自然对齐位置上，则只要一次就可以取出数据。一些系统对对齐要求非常严格，比如sparc系统，如果取未对齐的数据会发生错误，举个例：
//
char ch[8];
char *p = &ch[1];
int i = *(int *)p;
......
运行时会报segment error，而在x86上就不会出现错误，只是效率下降。
三、正确处理字节对齐
对于标准数据类型，它的地址只要是它的长度的整数倍就行了，而非标准数据类型按下面的原则对齐：
数组 ：按照基本数据类型对齐，第一个对齐了后面的自然也就对齐了。
联合 ：按其包含的长度最大的数据类型对齐。
结构体： 结构体中每个数据类型都要对齐。
比如有如下一个结构体：
struct stu {
char sex;
int length;
char name[10];
};
struct stu my_stu;
由于在x86下，GCC默认按4字节对齐，它会在sex后面跟name后面分别填充三个和两个字节使length和整个结构体对齐。于是我们sizeof(my_stu)会得到长度为20，而不是15.
四、__attribute__选项
我们可以按照自己设定的对齐大小来编译程序，GNU使用__attribute__选项来设置，比如我们想让刚才的结构按一字节对齐，我们可以这样定义结构体
struct stu{
char sex;
int length;
char name[10];
}__attribute__ ((aligned (1)));
struct stu my_stu;
则sizeof(my_stu)可以得到大小为15。
上面的定义等同于
struct stu{
char sex;
int length;
char name[10];
}__attribute__ ((packed));
struct stu my_stu;
__attribute__((packed))得变量或者结构体成员使用最小的对齐方式，即对变量是一字节对齐，对域（field）是位对齐.
五、什么时候需要设置对齐
在设计不同CPU下的通信协议时，或者编写硬件驱动程序时寄存器的结构这两个地方都需要按一字节对齐。即使看起来本来就自然对齐的也要使其对齐，以免不同的编译器生成的代码不一样.
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一、快速理解
1. 什么是字节对齐？
在C语言中，结构是一种复合数据类型，其构成元素既可以是基本数据类型（如int、long、float等）的变量，也可以是一些复合数据类型（如数组、结构、联合等）的数据单元。在结构中，编译器为结构的每个成员按其自然边界（alignment）分配空间。各个成员按照它们被声明的顺序在内存中顺序存储，第一个成员的地址和整个结构的地址相同。为了使CPU能够对变量进行快速的访问,变量的起始地址应该具有某些特性,即所谓的”对齐”. 比如4字节的int型,其起始地址应该位于4字节的边界上,即起始地址能够被4整除.
2. 字节对齐有什么作用？
字节对齐的作用不仅是便于cpu快速访问，同时合理的利用字节对齐可以有效地节省存储空间。
对于32位机来说，4字节对齐能够使cpu访问速度提高，比如说一个long类型的变量，如果跨越了4字节边界存储，那么cpu要读取两次，这样效率就低了。但是在32位机中使用1字节或者2字节对齐，反而会使变量访问速度降低。所以这要考虑处理器类型，另外还得考虑编译器的类型。在vc中默认是4字节对齐的，GNU gcc 也是默认4字节对齐。
3. 更改C编译器的缺省字节对齐方式
在缺省情况下，C编译器为每一个变量或是数据单元按其自然对界条件分配空间。一般地，可以通过下面的方法来改变缺省的对界条件： · 使用伪指令#pragma pack (n)，C编译器将按照n个字节对齐。 · 使用伪指令#pragma pack ()，取消自定义字节对齐方式。
另外，还有如下的一种方式： · __attribute((aligned (n)))，让所作用的结构成员对齐在n字节自然边界上。如果结构中有成员的长度大于n，则按照最大成员的长度来对齐。 · __attribute__ ((packed))，取消结构在编译过程中的优化对齐，按照实际占用字节数进行对齐。
4. 举例说明
例1
struct test {
char x1;
short x2;
float x3;
char x4;
};
由于编译器默认情况下会对这个struct作自然边界（有人说“自然对界”我觉得边界更顺口）对齐，结构的第一个成员x1，其偏移地址为0，占据了第1个字节。第二个成员x2为short类型，其起始地址必须2字节对界，因此，编译器在x2和x1之间填充了一个空字节。结构的第三个成员x3和第四个成员x4恰好落在其自然边界地址上，在它们前面不需要额外的填充字节。在test结构中，成员x3要求4字节对界，是该结构所有成员中要求的最大边界单元，因而test结构的自然对界条件为4字节，编译器在成员x4后面填充了3个空字节。整个结构所占据空间为12字节。
例2
#pragma pack(1) //让编译器对这个结构作1字节对齐
struct test {
char x1;
short x2;
float x3;
char x4;
};
#pragma pack() //取消1字节对齐，恢复为默认4字节对齐
这时候sizeof(struct test)的值为8。
例3
#define GNUC_PACKED __attribute__((packed))
struct PACKED test {
char x1;
short x2;
float x3;
char x4;
}GNUC_PACKED;
这时候sizeof(struct test)的值仍为8。
二、深入理解
什么是字节对齐,为什么要对齐? TragicJun 发表于 2006-9-18 9:41:00 现代计算机中内存空间都是按照byte划分的，从理论上讲似乎对任何类型的变量的访问可以从任何地址开始，但实际情况是在访问特定类型变量的时候经常在特定的内存地址访问，这就需要各种类型数据按照一定的规则在空间上排列，而不是顺序的一个接一个的排放，这就是对齐。
1.对齐的作用和原因：
各个硬件平台对存储空间的处理上有很大的不同。一些平台对某些特定类型的数据只能从某些特定地址开始存取。比如有些架构的CPU在访问一个没有进行对齐的变量的时候会发生错误,那么在这种架构下编程必须保证字节对齐.其他平台可能没有这种情况，但是最常见的是如果不按照适合其平台要求对数据存放进行对齐，会在存取效率上带来损失。比如有些平台每次读都是从偶地址开始，如果一个int型（假设为32位系统）如果存放在偶地址开始的地方，那么一个读周期就可以读出这32bit，而如果存放在奇地址开始的地方，就需要2个读周期，并对两次读出的结果的高低字节进行拼凑才能得到该32bit数据。显然在读取效率上下降很多。
2.字节对齐对程序的影响:
先让我们看几个例子吧(32bit,x86环境,gcc编译器):
设结构体如下定义：
struct A {
int a;
char b;
short c;
};
struct B {
char b;
int a;
short c;
};
现在已知32位机器上各种数据类型的长度如下:
char:1(有符号无符号同)
short:2(有符号无符号同)
int:4(有符号无符号同)
long:4(有符号无符号同)
float:4
double:8 那么上面两个结构大小如何呢?
结果是: sizeof(strcut A)值为8 sizeof(struct B)的值却是12
结构体A中包含了4字节长度的int一个，1字节长度的char一个和2字节长度的short型数据一个,B也一样;按理说A,B大小应该都是7字节。 之所以出现上面的结果是因为编译器要对数据成员在空间上进行对齐。上面是按照编译器的默认设置进行对齐的结果,那么我们是不是可以改变编译器的这种默认对齐设置呢,当然可以.例如:
#pragma pack (2) /*指定按2字节对齐*/
struct C {
char b;
int a;
short c;
};
#pragma pack () /*取消指定对齐，恢复缺省对齐*/
sizeof(struct C)值是8。
修改对齐值为1：
#pragma pack (1) /*指定按1字节对齐*/
struct D {
char b;
int a;
short c;
};
#pragma pack () /*取消指定对齐，恢复缺省对齐*/
sizeof(struct D)值为7。 后面我们再讲解#pragma pack()的作用.
三.编译器是按照什么样的原则进行对齐的?
先让我们看四个重要的基本概念：
1.数据类型自身的对齐值：对于char型数据，其自身对齐值为1，对于short型为2，对于int,float,double类型，其自身对齐值为4，单位字节。
2.结构体或者类的自身对齐值：其成员中自身对齐值最大的那个值。
3.指定对齐值：#pragma pack (value)时的指定对齐值value。
4.数据成员、结构体和类的有效对齐值：自身对齐值和指定对齐值中小的那个值。
有了这些值，我们就可以很方便的来讨论具体数据结构的成员和其自身的对齐方式。有效对齐值N是最终用来决定数据存放地址方式的值，最重要。有效对齐N，就是表示“对齐在N上”，也就是说该数据的"存放起始地址%N=0".而数据结构中的数据变量都是按定义的先后顺序来排放的。第一个数据变量的起始地址就是数据结构的起始地址。结构体的成员变量要对齐排放，结构体本身也要根据自身的有效对齐值圆整(就是结构体成员变量占用总长度需要是对结构体有效对齐值的整数倍，结合下面例子理解)。这样就不能理解上面的几个例子的值了。
例子分析： 分析例子B；
struct B {
char b;
int a;
short c;
};
假设B从地址空间0x0000开始排放。该例子中没有定义指定对齐值，在笔者环境下，该值默认为4。
第一个成员变量b的自身对齐值是1，比指定或者默认指定对齐值4小，所以其有效对齐值为1，所以其存放地址0x0000符合0x0000%1=0.
第二个成员变量a，其自身对齐值为4，所以有效对齐值也为4，所以只能存放在起始地址为0x0004到0x0007这四个连续的字节空间中，复核0x0004%4=0,且紧靠第一个变量。第三个变量c,自身对齐值为2，所以有效对齐值也是2，可以存放在0x0008到0x0009这两个字节空间中，符合0x0008%2=0。所以从0x0000到0x0009存放的都是B内容。再看数据结构B的自身对齐值为其变量中最大对齐值(这里是b）所以就是4，所以结构体的有效对齐值也是4。
根据结构体圆整的要求，0x0009到0x0000=10字节，（10＋2）％4＝0。所以0x0000A到0x000B也为结构体B所占用。故B从0x0000到0x000B共有12个字节,sizeof(struct B)=12;其实如果就这一个就来说它已将满足字节对齐了,因为它的起始地址是0,因此肯定是对齐的,之所以在后面补充2个字节,是因为编译器为了实现结构数组的存取效率,试想如果我们定义了一个结构B的数组,那么第一个结构起始地址是0没有问题,但是第二个结构呢?按照数组的定义,数组中所有元素都是紧挨着的,如果我们不把结构的大小补充为4的整数倍,那么下一个结构的起始地址将是0x0000A,这显然不能满足结构的地址对齐了,因此我们要把结构补充成有效对齐大小的整数倍.其实诸如:对于char型数据，其自身对齐值为1，对于short型为2，对于int,float,double类型，其自身对齐值为4，这些已有类型的自身对齐值也是基于数组考虑的,只是因为这些类型的长度已知了,所以他们的自身对齐值也就已知了.
同理,分析上面例子C：
#pragma pack (2) /*指定按2字节对齐*/
struct C {
char b;
int a;
short c;
};
#pragma pack () /*取消指定对齐，恢复缺省对齐*/
第一个变量b的自身对齐值为1，指定对齐值为2，所以，其有效对齐值为1，假设C从0x0000开始，那么b存放在0x0000，符合0x0000%1=0;
第二个变量，自身对齐值为4，指定对齐值为2，所以有效对齐值为2，所以顺序存放在0x0002、0x0003、0x0004、0x0005四个连续字节中，符合0x0002%2=0。
第三个变量c的自身对齐值为2，所以有效对齐值为2，顺序存放 在0x0006、0x0007中，符合0x0006%2=0。所以从0x0000到0x00007共八字节存放的是C的变量。又C的自身对齐值为4，所以C的有效对齐值为2。又8%2=0,C只占用0x0000到0x0007的八个字节。所以sizeof(struct C)=8.
四.如何修改编译器的默认对齐值?
1.在VC IDE中，可以这样修改：[Project]|[Settings],c/c++选项卡Category的Code Generation选项的Struct Member Alignment中修改，默认是8字节。
2.在编码时，可以这样动态修改：#pragma pack .注意:是pragma而不是progma.
五.针对字节对齐,我们在编程中如何考虑?
如果在编程的时候要考虑节约空间的话,那么我们只需要假定结构的首地址是0,然后各个变量按照上面的原则进行排列即可,基本的原则就是把结构中的变量按照类型大小从小到大声明,尽量减少中间的填补空间.还有一种就是为了以空间换取时间的效率,我们显示的进行填补空间进行对齐,比如:有一种使用空间换时间做法是显式的插入reserved成员：
struct A{
char a;
char reserved[3];//使用空间换时间
int b;
}
reserved成员对我们的程序没有什么意义,它只是起到填补空间以达到字节对齐的目的,当然即使不加这个成员通常编译器也会给我们自动填补对齐,我们自己加上它只是起到显式的提醒作用.
六.字节对齐可能带来的隐患:
代码中关于对齐的隐患，很多是隐式的。比如在强制类型转换的时候。例如：
unsigned int i = 0x12345678;
unsigned char *p=NULL;
unsigned short *p1=NULL;
p=&i;
*p=0x00;
p1=(unsigned short *)(p+1);
*p1=0x0000;
最后两句代码，从奇数边界去访问unsignedshort型变量，显然不符合对齐的规定。 在x86上，类似的操作只会影响效率，但是在MIPS或者sparc上，可能就是一个error,因为它们要求必须字节对齐.
七.如何查找与字节对齐方面的问题:
如果出现对齐或者赋值问题首先查看 1. 编译器的big little端设置 2. 看这种体系本身是否支持非对齐访问 3. 如果支持看设置了对齐与否,如果没有则看访问时需要加某些特殊的修饰来标志其特殊访问操作
举例：
- #include <stdio.h>
- main()
- {
- struct A {
- int a;
- char b;
- short c;
- };
- struct B {
- char b;
- int a;
- short c;
- };
- #pragma pack (2) /*指定按2字节对齐*/
- struct C {
- char b;
- int a;
- short c;
- };
- #pragma pack () /*取消指定对齐，恢复缺省对齐*/
- #pragma pack (1) /*指定按1字节对齐*/
- struct D {
- char b;
- int a;
- short c;
- };
- #pragma pack ()/*取消指定对齐，恢复缺省对齐*/
- int s1=sizeof(struct A);
- int s2=sizeof(struct B);
- int s3=sizeof(struct C);
- int s4=sizeof(struct D);
- printf("%d\n",s1);
- printf("%d\n",s2);
- printf("%d\n",s3);
- printf("%d\n",s4);
- }
输出：
8
12
8
7
修改代码：
struct A {
// int a;
char b;
short c;
};
struct B {
char b;
// int a;
short c;
};
输出：
4
4
输出都是4，说明之前的int影响对齐！
看图就明白了
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在最近的项目中，我们涉及到了“内存对齐”技术。对于大部分程序员来说，“内存对齐”对他们来说都应该是“透明的”。“内存对齐”应该是编译器的 “管辖范围”。编译器为程序中的每个“数据单元”安排在适当的位置上。但是C语言的一个特点就是太灵活，太强大，它允许你干预“内存对齐”。如果你想了解 更加底层的秘密，“内存对齐”对你就不应该再透明了。
一、内存对齐的原因
大部分的参考资料都是如是说的：
1、平台原因(移植原因)：不是所有的硬件平台都能访问任意地址上的任意数据 的；某些硬件平台只能在某些地址处取某些特定类型的数据，否则抛出硬件异常。
2、性能原因：数据结构(尤其是栈)应该尽可能地在自然边界上对齐。 原因在于，为了访问未对齐的内存，处理器需要作两次内存访问；而对齐的内存访问仅需要一次访问。
二、对齐规则
每个特定平台上的编译器都有自己的默认“对齐系数”(也叫对齐模数)。程序员可以通过预编译命令#pragma pack(n)，n=1,2,4,8,16来改变这一系数，其中的n就是你要指定的“对齐系数”。
规则：
1、数据成员对齐规则：结构(struct)(或联合(union))的数据成员，第一个数据成员放在offset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。
2、结构(或联合)的整体对齐规则：在 数据成员完成各自对齐之后，结构(或联合)本身也要进行对齐，对齐将按照#pragma pack指定的数值和结构(或联合)最大数据成员长度中，比较小的那个进行。
3、结合1、2颗推断：当#pragma pack的n值等于或超过所有数据成员长度的时候，这个n值的大小将不产生任何效果。
三、试验
我们通过一系列例子的详细说明来证明这个规则吧!
我试验用的编译器包括GCC 3.4.2和VC6.0的C编译器，平台为Windows XP + Sp2。
我们将用典型的struct对齐来说明。首先我们定义一个struct：
#pragma pack(n) /* n = 1, 2, 4, 8, 16 */
struct test_t {
int a;
char b;
short c;
char d;
};
#pragma pack(n)
首先我们首先确认在试验平台上的各个类型的size，经验证两个编译器的输出均为：
sizeof(char) = 1
sizeof(short) = 2
sizeof(int) = 4
我们的试验过程如下：通过#pragma pack(n)改变“对齐系数”，然后察看sizeof(struct test_t)的值。
1、1字节对齐(#pragma pack(1))
输出结果：sizeof(struct test_t) = 8 [两个编译器输出一致]
分析过程：
1) 成员数据对齐
#pragma pack(1)
struct test_t {
int a; /* 长度4 < 1 按1对齐；起始offset=0 0%1=0；存放位置区间[0,3] */
char b; /* 长度1 = 1 按1对齐；起始offset=4 4%1=0；存放位置区间[4] */
short c; /* 长度2 > 1 按1对齐；起始offset=5 5%1=0；存放位置区间[5,6] */
char d; /* 长度1 = 1 按1对齐；起始offset=7 7%1=0；存放位置区间[7] */
};
#pragma pack()
成员总大小=8
2) 整体对齐
整体对齐系数 = min((max(int,short,char), 1) = 1
整体大小 (size)=$(成员总大小) 按 $(整体对齐系数) 圆整 = 8 /* 8%1=0 */ [注1]
2、2字节对齐(#pragma pack(2))
输出结果：sizeof(struct test_t) = 10 [两个编译器输出一致]
分析过程：
1) 成员数据对齐
#pragma pack(2)
struct test_t {
int a; /* 长度4 > 2 按2对齐；起始offset=0 0%2=0；存放位置区间[0,3] */
char b; /* 长度1 < 2 按1对齐；起始offset=4 4%1=0；存放位置区间[4] */
short c; /* 长度2 = 2 按2对齐；起始offset=6 6%2=0；存放位置区间[6,7] */
char d; /* 长度1 < 2 按1对齐；起始offset=8 8%1=0；存放位置区间[8] */
};
#pragma pack()
成员总大小=9
2) 整体对齐
整体对齐系数 = min((max(int,short,char), 2) = 2
整体大小 (size)=$(成员总大小) 按 $(整体对齐系数) 圆整 = 10 /* 10%2=0 */
3、4字节对齐(#pragma pack(4))
输出结果：sizeof(struct test_t) = 12 [两个编译器输出一致]
分析过程：
1) 成员数据对齐
#pragma pack(4)
struct test_t {
int a; /* 长度4 = 4 按4对齐；起始offset=0 0%4=0；存放位置区间[0,3] */
char b; /* 长度1 < 4 按1对齐；起始offset=4 4%1=0；存放位置区间[4] */
short c; /* 长度2 < 4 按2对齐；起始offset=6 6%2=0；存放位置区间[6,7] */
char d; /* 长度1 < 4 按1对齐；起始offset=8 8%1=0；存放位置区间[8] */
};
#pragma pack()
成员总大小=9
2) 整体对齐
整体对齐系数 = min((max(int,short,char), 4) = 4
整体大小 (size)=$(成员总大小) 按 $(整体对齐系数) 圆整 = 12 /* 12%4=0 */
4、8字节对齐(#pragma pack(8))
输出结果：sizeof(struct test_t) = 12 [两个编译器输出一致]
分析过程：
1) 成员数据对齐
#pragma pack(8)
struct test_t {
int a; /* 长度4 < 8 按4对齐；起始offset=0 0%4=0；存放位置区间[0,3] */
char b; /* 长度1 < 8 按1对齐；起始offset=4 4%1=0；存放位置区间[4] */
short c; /* 长度2 < 8 按2对齐；起始offset=6 6%2=0；存放位置区间[6,7] */
char d; /* 长度1 < 8 按1对齐；起始offset=8 8%1=0；存放位置区间[8] */
};
#pragma pack()
成员总大小=9
2) 整体对齐
整体对齐系数 = min((max(int,short,char), 8) = 4
整体大小 (size)=$(成员总大小) 按 $(整体对齐系数) 圆整 = 12 /* 12%4=0 */
5、16字节对齐(#pragma pack(16))
输出结果：sizeof(struct test_t) = 12 [两个编译器输出一致]
分析过程：
1) 成员数据对齐
#pragma pack(16)
struct test_t {
int a; /* 长度4 < 16 按4对齐；起始offset=0 0%4=0；存放位置区间[0,3] */
char b; /* 长度1 < 16 按1对齐；起始offset=4 4%1=0；存放位置区间[4] */
short c; /* 长度2 < 16 按2对齐；起始offset=6 6%2=0；存放位置区间[6,7] */
char d; /* 长度1 < 16 按1对齐；起始offset=8 8%1=0；存放位置区间[8] */
};
#pragma pack()
成员总大小=9
2) 整体对齐
整体对齐系数 = min((max(int,short,char), 16) = 4
整体大小 (size)=$(成员总大小) 按 $(整体对齐系数) 圆整 = 12 /* 12%4=0 */
四、结论
8字节和16字节对齐试验证明了“规则”的第3点：“当#pragma pack的n值等于或超过所有数据成员长度的时候，这个n值的大小将不产生任何效果”。另外内存对齐是个很复杂的东西，上面所说的在有些时候也可能不正 确。呵呵^_^
[注1]
什么是“圆整”？
举例说明：如上面的8字节对齐中的“整体对齐”，整体大小=9 按 4 圆整 = 12
圆整的过 程：从9开始每次加一，看是否能被4整除，这里9，10，11均不能被4整除，到12时可以，则圆整结束。
1 const
c onst限定的对象表示编译器可以将它放在只读存储器中，也就意味着在对其进行初始化之后就不能改变它的值。根据const使用的不同场合，大致可以分为三种情况，其一限定普通变量，其二限定函数参数，其三限定指针变量。
第一和第二种情况最为简单，语句①和语句②分别展示了它的用法。语句①定义了一个值为10的整型常量。语句②中的const表示在函数体中不能 修改src指向的区域中的数据，这与函数的拷贝功能相对应，只做它应该做的事情而不应该有其他副作用，编译器可以利用这些信息进行适当的优化。
① const int i=10;
② void *memcpy(void * dst, const void * src, size_t size);
③ const int *ptr;
④ int const *ptr;
⑤ int * const ptr;
⑥ int const * const ptr;
第3种情况最为复杂，虽然只是const位置不同，但是却可能具有完全不同的意义。一般，一个声明语句由声明说明符 (declspecifier)和一系列声明子(declarator)两部分组成，而且声明说明符中的符号可以以任何次序出现。理解声明的第一步是定位 说明符和声明子的边界。这很容易：所有的说明符都是关键字或者类型名，因此说明符终止于第一个不是以上类型之一的符号。例如，在语句③和④中第一个既不是 关键字也不是类型名的符号是“*”，即声明说明符分别为const int和int const，由于声明说明符中的符号可以以任意次序出现，因此语句③和④的含义是相同的。
为了迅速弄清语句表达的含义，参考文献[1]介绍了一种简便的方法，其要点就是“逆序读出定义”。
2 static与extern
static的含义随着出现位置（全局变量还是局部变量）和修饰对象（变量还是函数）的不同而有很大的差别。下面各条目中的模块指的是一个源文件或者一个翻译单元：
① 位于函数体中的静态变量在多次函数调用间会维持其值。
② 位于模块内（但在函数体外）的静态变量可以被模块内的所有函数访问，但不能被模块外其他函数访问。也就是说，它是一个本地的全局变量。
③ 位于模块内的静态函数只能被此模块内的其他函数调用。也就是说，这个函数的作用域为声明所在的模块。
static int global;/*情况2*/
static void foo(void)/*情况3*/
{
static int local = 0;/*情况1*/
}
为了清楚地理解static的3种用法，必须首先了解C语言中每个标识符都具有的作用域、链接和存储持续期等特性的含义。在ISO C99标准中，其定义如下：
① 对象的作用域指的是它仅在程序的某个区域中是可见的（即可以使用）。常见的作用域有文件作用域和块作用域。
② 对象的存储持续期决定对象的生命周期，即在程序执行某段区间中为对象保留存储区。有两种类型的存储持续期：静态的和自动的。静态存储持续期的对象的生命周期为程序执行的全过程，它的值在程序启动前仅初始化一次。
③ 链接指的是在不同作用域中声明的或者同一个作用域中多次声明的标识符可以引用相同的对象或函数。有3种类型的链接：外部、内部和无。
在情况②和③中，static分别用来修饰全局变量global和函数foo，改变它们的链接特性，使它们具有内部链接。也就是说，只有在定义它们的翻译单元或者文件内才能使用它们，这对于创建模块化的软件非常重要。
与static相反，extern修饰的对象或函数具有外部链接。对于那些暴露给外部使用的接口函数应该使用extern限定，那些非接口函 数，例如工具函数或与实现细节相关的函数，则应该显式地使用static限定。这是因为如果函数声明不带任何存储类说明符，那么它具有外部链接就好像使用 了extern一样。
在情况①中，static用来修饰局部变量local，将local的存储持续期由自动的改变为静态的，这样在foo函数的多次调用间会为其保 留值。注意作用域、链接和存储持续期特性之间是正交的。例如在情况①中，虽然变量local的存储持续期变成静态的，但是它的作用域仍然是块作用域。
3 volatile
volatile关键字用来声明这样的对象，它们的值可能由于程序控制之外的事件而被潜在改变。volatile强制编译器不会对其所限定的对 象进行任何优化，每次读写都必须访问实际的存储器而不能使用寄存器中的副本。在实践中，它大量的用来描述一个对应于内存映射的输入/输出端口，例如飞利浦 公司LPC21xx系列ARM处理器的向量地址寄存器定义为：
#define VICVectAddr(*((volatile unsigned long *) 0xFFFFF030))
其次，中断服务例程中使用的非自动变量或者多线程应用程序中多个任务共享的变量也必须使用volatile进行限定。例如在下面的示例中，如果 没有使用volatile限定g_Flag变量，编译器看到在foo函数中并没有修改g_Flag，可能只执行一次g_Flag读操作并将g_Flag的 值缓存在寄存器中，以后每次g_Flag读操作都使用寄存器中的缓存值而不进行存储器访问，导致some_action函数永远无法执行。
int g_Flag = 0;
void foo(void){
while(1){
if(g_Flag){ some_action(); }
}
}
void isr_service(void){
g_Flag = 1;
}
4 __packed
在嵌入式软件编程中，经常需要精确控制结构体在内存中的布局和访问非自然对齐的数据，但是C语言标准中并没有统一的规定而是留给编译器厂商自行 处理。在ARM C编译器中，使用__packed关键字将任何类型的对齐设置为1字节。在实践中，__packed主要有两个功能：其一，当它修饰指针时，表示此指针指 向的地址是非自然对齐的，编译器会生成特殊的代码以确保获得正确的结果；其二，当它修饰结构体、联合或它们中的域时，可以用来创建没有填充的结构。
与其他RISC架构一样，ARM处理器能够高效地访问对齐的数据，即字地址的末尾两位为零，半字地址的最后一位为零，也称这样的数据位于它的自 然大小边界或者是自然对齐的。ARM编译器希望普通的“C”指针指向一个4字节对齐内存地址，这样它可以在代码中使用LDR/STR指令一次操作4个字 节，否则只能使用LDRB/LDRH等字节/半字操作指令。相反如果指针指向一个非自然对齐的地址，例如如果一个整型指针指向地址0x8006，当然希望 装载地址0x8006-0x8007-0x8008-0x8009处的数据，但是实际上ARM会对非自然对齐的地址进行转换而从装载地址 0x8004-0x8005-0x8006-0x8007处的数据。在下面的示例中（测试环境为uVision3），首先定义了一个大小为16字节的整型 数组，依次初始化为0,1,2,…,15。由于array是一个整型数组，编译器会确保它是4字节对齐的，即指针pc指向一个4字节对齐的地址。运行程序 后，可以看到如果对pc指针不加__packed标记进行修饰，将得到一个奇怪的0x01000302；而在添加了__packed关键字之后，就得到了 正确的结果。也就是说，如果要访问非自然对齐的数据，必须使用__packed关键字显式地标记出来。
int main() {
int i, j, array[4];
char *pc = (char *)array;
for(i=0; i<16; i++){
*(pc+i)=i;
}
/*确保pc指向一个4字节对齐的地址*/
while((int)pc & 0x3){ ++pc; }
/*访问非自然对齐的整型数据，i=0x01000302*/
i = *((int*)(pc+2));
//访问“标明”为非自然对齐的数据 i=0x05040302
j = *((__packed int*)(pc+2));
}
ARM编译器总是保证程序中的变量、结构体或联合中的域分配到自然对齐的地址。这意味着编译器经常需要在各个域之间插入填充，以确保每个域的自 然对齐。通常来说，程序员可以对这些填充视而不见，但是也有例外，例如为了节省结构体占用的空间，可以利用__packed去除填充。在了解了编译器的填 充行为之后，可以通过调整域的顺序来减小结构体占用的空间。例如虽然结构体s1和s2的域相同，但是sizeof(s1)等于16，而 sizeof(s2)等于12。
struct s1{
int i1;
short s1;
int i2;
short s2;
};
struct s2{
int i1;
int i2;
short s1;
short s2;
};
