帝国骄阳1 //环境：vc6 + windows sp2 2 //程序1 3 #include iostream 4 5 using namespace std; 6 7 struct st1 8 { 9 char a ; 10 int b ; 11 short c ; 12 }; 13 14 struct st2 15 { 16 short c ; 17 char a ; 18 int b ; 19 }; 20 21 int main() 22 { 23 coutsizeof(st1) is sizeof(st1)endl; 24 coutsizeof(st2) is sizeof(st2)endl; 25 return 0 ; 26 } 27 程序的输出结果为： sizeof(st1) is 12 sizeof(st2) is 8 问题出来了，这两个一样的结构体，为什么 sizeof 的时候大小不一样呢？ 本文的主要目的就是解释明白这一问题。 内存对齐，正是因为内存对齐的影响，导致结果不同。 对于大多数的程序员来说，内存对齐基本上是透明的，这是编译器该干的活，编译器为程序中的每个数据单元安排在合适的位置上，从而导致了相同的变量，不同声明顺序的结构体大小的不同。 那么编译器为什么要进行内存对齐呢？程序 1中结构体按常理来理解 sizeof(st1) 和sizeof(st2) 结果都应该是 7，4(int) + 2(short) + 1(char) = 7 。经过内存对齐后，结构体的空间反而增大了。 在解释内存对齐的作用前，先来看下内存对齐的规则： !--[if !supportLists]--1 、 !--[endif]-- 对于结构的各个成员，第一个成员位于偏移为 0的位置，以后每个数据成员的偏移量必须是 min(#pragma pack() 指定的数，这个数据成员的自身长度 ) 的倍数。 !--[if !supportLists]--2 、 !--[endif]-- 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。 #pragma pack(n) 表示设置为 n 字节对齐。 VC6默认8字节对齐 以程序1为例解释对齐的规则： St1 ：char 占一个字节，起始偏移为 0 ，int 占4个字节， min(#pragma pack() 指定的数，这个数据成员的自身长度 ) = 4（VC6默认8字节对齐），所以 int 按4字节对齐，起始偏移必须为 4的倍数，所以起始偏移为 4，在 char 后编译器会添加 3个字节的额外字节，不存放任意数据。 short 占2个字节，按 2字节对齐，起始偏移为 8，正好是 2的倍数，无须添加额外字节。到此规则 1的数据成员对齐结束，此时的内存状态为： oxxxoooooo 0123 4567 89 （地址）（x 表示额外添加的字节） 共占10个字节。还要继续进行结构本身的对齐，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， st1结构中最大数据成员长度为 int，占4字节，而默认的 #pragma pack 指定的值为 8，所以结果本身按照 4字节对齐，结构总大小必须为 4的倍数，需添加2个额外字节使结构的总大小为 12 。此时的内存状态为： oxxxooooooxx 0123 4567 89ab （地址） 到此内存对齐结束。 St1占用了12个字节而非 7个字节。 St2 的对齐方法和 st1相同，读者可自己完成。 内存对齐的主要作用是： !--[if !supportLists]--1 、 !--[endif]-- 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。 !--[if !supportLists]--2 、 !--[endif]-- 性能原因：经过内存对齐后， CPU 的内存访问速度大大提升。具体原因稍后解释。 图一： 这是普通程序员心目中的内存印象，由一个个的字节组成，而 CPU 并不是这么看待的。 图二： CPU 把内存当成是一块一块的，块的大小可以是2，4，8，16字节大小，因此 CPU 在读取内存时是一块一块进行读取的。块大小成为 memory access granularity （粒度） 本人把它翻译为“内存读取粒度” 。 假设 CPU 要读取一个 int 型4字节大小的数据到寄存器中，分两种情况讨论： !--[if !supportLists]-- 1、 !--[endif]-- 数据从0字节开始 !--[if !supportLists]-- 2、 !--[endif]-- 数据从1字节开始 再次假设内存读取粒度为4。 图三： 当该数据是从0字节开始时，很 CPU 只需读取内存一次即可把这4字节的数据完全读取到寄存器中。 当该数据是从1字节开始时，问题变的有些复杂，此时该 int 型数据不是位于内存读取边界上，这就是一类内存未对齐的数据。 图四： 此时 CPU 先访问一次内存，读取03字节的数据进寄存器，并再次读取45字节的数据进寄存器，接着把0字节和6，7，8字节的数据剔除，最后合并1，2，3，4字节的数据进寄存器。对一个内存未对齐的数据进行了这么多额外的操作，大大降低了CPU 性能。 这还属于乐观情况了，上文提到内存对齐的作用之一为平台的移植原因，因为以上操作只有有部分 CPU 肯干，其他一部分 CPU 遇到未对齐边界就直接罢工了。 图片来自： Data alignment: Straighten up and fly right 如大家对内存对齐对性能的具体影响情况，可以参考上文。