浅谈C语言的字节对齐 #pragma pack(n)2
#pragmapack(n)
这是给编译器用的参数设置,有关结构体字节对齐方式设置,#pragmapack是指定数据在内存中的对齐方式。
#pragmapack(n) 作用:C编译器将按照n个字节对齐。
#pragmapack() 作用:取消自定义字节对齐方式。
#pragma pack(push,1) 作用:是指把原来对齐方式设置压栈,并设新的对齐方式设置为一个字节对齐
#pragmapack(pop) 作用:恢复对齐状态
因此可见,加入push和pop可以使对齐恢复到原来状态,而不是编译器默认,可以说后者更优,但是很多时候两者差别不大
如:
#pragmapack(push)//保存对齐状态
#pragmapack(4)//设定为4字节对齐
相当于#pragma pack(push,4)
解释一:
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#pragmapack(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#pragmapack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#pragmapack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。
解释二:
n字节的对齐方式VC对结构的存储的特殊处理确实提高CPU存储变量的速度,但是有时候也带来了一些麻烦,我们也屏蔽掉变量默认的对齐方式,自己可以设定变量的对齐方式。VC中提供了#pragmapack(n)来设定变量以n字节对齐方式。n字节对齐就是说变量存放的起始地址的偏移量有两种情况:
第一、如果n大于等于该变量所占用的字节数,那么偏移量必须满足默认的对齐方式。
第二、如果n小于该变量的类型所占用的字节数,那么偏移量为n的倍数,不用满足默认的对齐方式。结构的总大小也有个约束条件,分下面两种情况:如果n大于所有成员变量类型所占用的字节数,那么结构的总大小必须为占用空间最大的变量占用的空间数的倍数;否则必须为n的倍数。
下面举例说明其用法。#pragmapack(push)//保存对齐状态
#pragmapack(4)//设定为4字节对齐
structtest{charm1;doublem4;intm3;};#pragmapack(pop)//恢复对齐状态以上结构体的大小为16:
下面分析其存储情况,首先为m1分配空间,其偏移量为0,满足我们自己设定的对齐方式(4字节对齐),m1大小为1个字节。接着开始为m4分配空间,这时其偏移量为1,需要补足3个字节,这样使偏移量满足为n=4的倍数(因为sizeof(double)大于4),m4占用8个字节。接着为m3分配空间,这时其偏移量为12,满足为4的倍数,m3占用4个字节。这时已经为所有成员变量分配了空间,共分配了16个字节,满足为n的倍数。如果把上面的#pragmapack(4)改为#pragmapack(8),那么我们可以得到结构的大小为24。
大家看了这些文字描述头也一定会发麻吧,我坚持读完后,然后自己编写了一个程序:
#pragmapack(4) structnode{ inte; charf; shortinta; charb; }; structnoden; printf("%d\n",sizeof(n));
我自己算的结果是16,结果实际结果是:
12
然后结构体内部数据成员变动一下位置:
#pragmapack(4) structnode{ charf; inte; shortinta; charb;}; structnoden; printf("%d\n",sizeof(n)); 12
将对齐位数强制定位2
#pragmapack(2) structnode{ charf; inte; shortinta; charb;}; structnoden; printf("%d\n",sizeof(n)); 10
将对齐位数强制定位1
#pragmapack(1) structnode{ charf; inte; shortinta; charb;}; structnoden; printf("%d\n",sizeof(n)); 8
看着输出结果和文字描述有点晕,下面简单说一下俺的判定规则吧:
其实之所以有内存字节对齐机制,就是为了最大限度的减少内存读取次数。我们知道CPU读取速度比内存读取速度快至少一个数量级,所以为了节省运算花费时间,只能以牺牲空间来换取时间了。
下面举例说明如何最大限度的减少读取次数。
#pragmapack(1) structnode{ charf; inte; shortinta; charb;}; structnoden; printf("%d\n",sizeof(n));
这里强制按照1字节进行对齐,可以理解成所有的内容都是按照1字节进行读取(暂且这样理解,因为这样可以很好的理解内存对其机制),其他所有的数据成员都是1字节的整数倍,所以也就不用进行内存对其,各个成员在内存中就按照实际顺序进行排列,结构体实际长度为8
#pragmapack(2) structnode{ charf; inte; shortinta; charb;}; structnoden; printf("%d\n",sizeof(n));
这里强制按照2字节进行对齐。如果内存分布仍然是连续的话,那么inte就得三次才能读到CPU中,所以为了“讲究”inte的读取,所以在charf之后预留1BYTE,最后的charb也是如此,所以长度为10
#pragmapack(4) structnode{ charf; inte; shortinta; charb;}; structnoden; printf("%d\n",sizeof(n));
这里强制按照4字节进行对齐。所以charf后要预留3BYTE,而shortinta和charb可以一次读取到CPU(按照4字节读取),所以长度为12
如果#pramgapack(n)中的n大于结构体成员中任何一个成员所占用的字节数,则该n值无效。编译器会选取结构体中最大数据成员的字节数为基准进行对其
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