大話C++之：記憶體對齊

在使用sizeof（）計算結構體和class大小的時候，往往很多時候計算出來並不是我們想要的結果。最近在使用的時候就特別想了解它內在的原理，搞懂它的本質。

看一下下面這個例子：

struct

Struct

{

char

a

；

int

i

；

}；

問題是：這個結構體大小是多少？

很多人回答可能是5個位元組。分析結構體的組成是：char佔1個字，int佔4個位元組。1+4=5，沒錯吧？

其實這個答案應該是：不確定。因為它給的條件不能夠得出一個確定的答案。

開啟VS 2017，64位程式執行一下，得出的結果是8。

既然它不是簡單的把成員大小簡單累加，想必它肯定是有一套規則，那是什麼規則呢？那就是記憶體對齊

（what）什麼記憶體對齊（Data alignment）？

百度百科的定義：編譯器為程式中的每個“資料單元”安排在適當的位置上。

我的理解是按照一定的規則把它的位置排好，排列得有規有矩，方便計算機讀取。

（why）為什麼要使用記憶體對齊

為了效能。為什麼記憶體對齊為提高效能呢？舉個例子，例如把4個位元組從地址1寫入到暫存器中。首先從前4個位元組中讀取3個節字，再從後面4個位元組中讀了1個字，最後放在暫存器中合併在一齊。讀取一個數據到暫存器中消耗了這麼多步驟，對於CPU效能來說是挺大的負擔。如果是位元組對齊了，從0開始連續讀取4個字，暫存器剛好也是4個位元組，只需要一次讀寫即可，大大提高了讀取效率。

3。 （how）記憶體對齊是如何工作的

想想我們平時要把物品整理對齊的時候，一般都有參照物或對齊的標準。如果把箱子排好，是一個個緊密對齊排列呢，還是間隔排列呢，這個標準會影響排列後使用的空間。

對於記憶體對齊，同樣也是有一個參考標準。編譯器中提供了#pragma pack（n）來設定變數以n位元組對齊方式，n即為對齊的標準。

VS 2017 64bit的位元組對齊變數為16，在程式碼中插入：#pragma pack（show），就可以檢視當前環境的變數值。

有了這個標準，還需要的是被排列的物件：欄位型別。

拿回箱子排列的例子來說，可能每一個箱子的大小不一樣，有些是短一點，有些是長一點，可能排列的位置也有不一樣。

箱子大小就如成員變數，每一個變數有自己的大小。

現在來看一步步分解，系統是如何把位置給安排得明明白白的。

例如這個

struct

Struct

{

char

a

；

int

i

；

}；

每一塊記憶體記憶體是從0開始偏移的，第一個欄位直接安排下去。

第一個欄位char，偏移量（offset）為0，佔用空間1個位元組，結束位置為1；

關鍵一步來了，如何安排int位元組呢？

int的大小是4 bytes，位元組對齊變數為16 bytes。比較兩者間選擇小的一個，此時4 bytes作為偏移參考量X。

從當前偏移量1開始，尋找偏移參考量X最小的倍數位置。4的倍數可以是：4，8，12，16等等，當前最小的為4。然而1，2，3的位置空了，需要填充，從第4個byte開始連續4個byte為int的空間。

此時8個位元組的排布為：a——-iiii；

畫重點：char型佔用空間為1 byte，則其起始位置必須可被1整除。int為4 bytes，其起始位置必須是可以被4整除。

記憶體對齊的過程如上，影響同一個結構體的記憶體佈局的關鍵是：以多少位元組來對齊，如上面所說的n。最開始的例子，實際上可以透過設定n為1，可以得到size為5。

回顧一下最開始的問題，缺少一個指定變數n的條件，故不能確定大小是多少。