C++中的內存對齊

2008-08-08 21:47

         在我們的程序中,數據結構還有變量等等都需要佔有內存,在很多系統中,它都要求內存分配的時候要對齊,這樣做的好處就是可以提高訪問內存的速度。


我們還是先來看一段簡單的程序:


                                程序一

1 #include <iostream>
2 using namespace std;
3
4 struct X1
5 {
6   int i;//4個字節
7   char c1;//1個字節
8   char c2;//1個字節
9 };
10
11 struct X2
12 {
13   char c1;//1個字節
14   int i;//4個字節
15   char c2;//1個字節
16 };
17
18 struct X3
19 {
20   char c1;//1個字節
21   char c2;//1個字節
22   int i;//4個字節
23 };
24 int main()
25 {   
26      cout<<"long "<<sizeof(long)<<"/n";
27      cout<<"float "<<sizeof(float)<<"/n";
28      cout<<"int "<<sizeof(int)<<"/n";
29      cout<<"char "<<sizeof(char)<<"/n";
30
31      X1 x1;
32      X2 x2;
33      X3 x3;
34      cout<<"x1 的大小 "<<sizeof(x1)<<"/n";
35      cout<<"x2 的大小 "<<sizeof(x2)<<"/n";
36      cout<<"x3 的大小 "<<sizeof(x3)<<"/n";
37     return 0;
38 }

      
      這段程序的功能很簡單,就是定義了三個結構X1,X2,X3,這三個結構的主要區別就是內存數據擺放的順序,其他都是一樣的,另外程序輸入了幾種基本類型所佔用的字節數,以及我們這裏的三個結構所佔用的字節數。

這段程序的運行結果爲:

1 long 4
2 float 4
3 int 4
4 char 1
5 x1 的大小 8
6 x2 的大小 12
7 x3 的大小 8


    結果的前面四行沒有什麼問題,但是我們在最後三行就可以看到三個結構佔用的空間大小不一樣,造成這個原因就是內部數據的擺放順序,怎麼會這樣呢?

    下面就是我們需要講的內存對齊了。

    內存是一個連續的塊,我們可以用下面的圖來表示, 它是以4個字節對一個對齊單位的:

                                                    圖一

mem1.jpg

   讓我們看看三個結構在內存中的佈局:

   首先是 X1,如下圖所示

mem2.jpg


    X1 中第一個是 Int類型,它佔有4字節,所以前面4格就是滿了,然後第二個是char類型,這中類型只佔一個字節,所以它佔有了第二個4字節組塊中的第一格,第三個也是char類型,所以它也佔用一個字節,它就排在了第二個組塊的第二格,因爲它們加在一起大小也不超過一個塊,所以他們三個變量在內存中的結構就是這樣的,因爲有內存分塊對齊,所以最後出來的結果是8,而不是6,因爲後面兩個格子其實也算是被用了。

    再次看看X2,如圖所示

mem4.jpg

    X2中第一個類型是Char類型,它佔用一個字節,所以它首先排在第一組塊的第一個格子裏面,第二個是Int類型,它佔用4個字節,第一組塊已經用掉一格,還剩3格,肯定是無法放下第二Int類型的,因爲要考慮到對齊,所以不得不把它放到第二個組塊,第三個類型是Char類型,跟第一個類似。所因爲有內存分塊對齊,我們的內存就不是8個格子了,而是12個了。


再看看X3,如下圖所示:


mem3.jpg

    關於X3的說明其實跟X1是類似的,只不過它把兩個1個字節的放到了前面,相信看了前面兩種情況的說明這裏也是很容易理解的。

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