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C语言开发技巧---字节对齐

stepwalker 1752

前言:

当前你们对“c语言中边界怎么打”都比较注重,同学们都需要剖析一些“c语言中边界怎么打”的相关文章。那么小编在网络上网罗了一些关于“c语言中边界怎么打””的相关资讯,希望姐妹们能喜欢,姐妹们快快来学习一下吧!

1. 作用和意义:

C语言中字节对齐的作用不仅是便于CPU的访问,提高程序的执行效率,同时合理的利用字节对齐可以有效地节省存储空间,减少内存的消耗;

2. 字节对齐原则:

结构体字节对齐的细节和具体编译器实现相关,但一般而言满足三个准则:

1). 结构体变量的首地址能够被其最宽基本类型成员的大小所整除;

2). 结构体每个成员相对结构体首地址的偏移量(offset)都是成员大小的整数倍,如有需要编译器会在成员之间加上填充字节(internal adding);

3). 结构体变量的首地址能够被其最宽基本类型成员的大小所整除;会在最末一个成员之后加上填充字节{trailing padding}。

3. 对齐方法:

(1). 使用pragma宏指令来指定对齐的字节个数。

#pragma pack(N) /*人为指定,指定值N必须为2的幂次方(1,2,4,8.......) */

#pragma pack (1) /* 指定按1字节对齐 */

#pragma pack () /* 取消指定对齐,恢复为默认4字节对齐*/

(2). 使用GNU __attribute__伪指令:

__attribute__((aligned(n))): 让所作用的数据成员对齐在n字节的自然边界上;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。

3). attribute((aligned(n))) 与 #pragma(pack(n))的区别:

a. #pragma(pack(n))定义的是最大对齐边界, 可以用来修饰结构体和基本变量;

attribute((aligned(x)))定义的是最小对齐边界,可以用来修饰结构体和基本变量;

b. #pragma pack(n) 的作用范围是整个文件,也就是说结构体本身和结构体成员都需要遵守这个对齐规则; attribute((aligned(x)))只局限于某个变量;作用范围如果是用在结构体上,则对齐规则只限于结构体本身,其内部的成员变量不遵循此规则;

4. 实例说明:

--------------------------------例子1:---------------------------------

	#pragma pack(2)	//#pragma pack()	typedef struct __student1	{	   char   t1;	   short  t2;	   float  t3;	   char   t4;	}STU1;	typedef struct __student2	{	   char   t1;	   short  t2;	   float  t3;	   char   t4;	}__attribute__((aligned(4))) STU2;	typedef struct __student3	{	   char   t1;	   short  t2;	   float  t3;	   char   t4;	}__attribute__((packed)) STU3;	int main(int argc, char **argv)	{			printf ("sizeof(STU1):%d. sizeof(STU2):%d.sizeof(STU3):%d ====\n",							sizeof(STU1), sizeof(STU2), sizeof(STU3));			return 0;	}	

结果:sizeof(STU1):10. sizeof(STU2):12.sizeof(STU3):8 ====

分析过程:

1) 由于编译器默认情况下会对这个struct作自然边界对齐,结构的第一个成员t1,其偏移地址为0,占据了第1个字节;

2) 第二个成员t2为short类型,其起始地址必须2字节对界,因此,编译器在t2和t1之间填充了一个空字节;

3) 第三个成员t3和第四个成员t4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;

4) 对于结构体STU1来说,由于使用了pragma pack(2),结构体的自然边界条件为2字节,因此在成员t4后面填充了2个空字节;

总字节数为:2+2+4+2 = 10个;

5) 对于结构体STU2来说,由于使用了 __attribute__((aligned(4)))来进行限定,所以按4字节对齐:

t1 + t2 为3个字节,所以t2和t3间填充一个字节;

总字节数为:4+4+4 = 12;

6) 对于结构体STU3来说,取消了字节对齐,按变量的实际字节数来填充,所以:

总字节数为:1 + 2 + 4 + 1 =8

--------------------------------例子2:---------------------------------

对齐方式强调说明:

编译器中提供了 #pragma pack(n)来设定 变量以n 字节对齐方式; __attribute__((aligned())设置结构体的最小值 ;

---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:

a. 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,

b. 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:

a. 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;

b. 否则必须为n的倍数。

		#pragma pack(2)		//#pragma pack()		typedef struct __test1		{		   char    a;		   double  b;		   char    c;		   int     d;		}TEST1;		typedef struct __test2		{		   char    a;		   double  b;		   char    c;		   int     d;		}__attribute__((aligned(32))) TEST2;		typedef struct __test3		{		   char    a;		   double  b;		   char    c;		   int     d;		}__attribute__((packed)) TEST3;		#pragma pack(pop)		int main(int argc, char **argv)		{				printf ("sizeof(STU1):%d. sizeof(STU2):%d.sizeof(STU3):%d ====\n",						sizeof(TEST1), sizeof(TEST2), sizeof(TEST3));				return 0;		}

结果:sizeof(STU1):16. sizeof(STU2):32.sizeof(STU3):14

分析说明:

1) #pragma pack(push,2) 将编译器的最大对齐边界设置为 2;

2) 以 2 为最大对齐边界后,test 的内存对齐情况(先不考虑 aligned 属性):

---a变量和b变量间需要填充1个字节;b变量占8个字节;

---c变量起始以2字节对齐,d变量和c变量间填充一个字节;

所以总字节数为:1+1 + 8 + 1+1 +4 = 16

3)最后来看 aligned 属性, 由于aligned 属性设置的是最小对齐值,也就是说当前类型或变量的对齐值要大于或等于aligned 属性设置的对齐值,所以编译器重新设置 test类型的对齐值为32,则test struct需要填充16B。所以结果就是32个字节 。

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