淺談C語言的字節(jié)對齊 #pragma pack(n)2
#pragma pack(n)
這是給編譯器用的參數(shù)設置,有關結構體字節(jié)對齊方式設置, #pragma pack是指定數(shù)據(jù)在內存中的對齊方式。
#pragma pack (n) 作用:C編譯器將按照n個字節(jié)對齊。
#pragma pack () 作用:取消自定義字節(jié)對齊方式。
#pragma pack (push,1) 作用:是指把原來對齊方式設置壓棧,并設新的對齊方式設置為一個字節(jié)對齊
#pragma pack(pop) 作用:恢復對齊狀態(tài)
因此可見,加入push和pop可以使對齊恢復到原來狀態(tài),而不是編譯器默認,可以說后者更優(yōu),但是很多時候兩者差別不大
如:
#pragma pack(push) //保存對齊狀態(tài)
#pragma pack(4)//設定為4字節(jié)對齊
相當于 #pragma pack (push,4)
解釋一:
每個特定平臺上的編譯器都有自己的默認“對齊系數(shù)”(也叫對齊模數(shù))。程序員可以通過預編譯命令#pragma pack(n),n=1,2,4,8,16來改變這一系數(shù),其中的n就是你要指定的“對齊系數(shù)”。
規(guī)則:
1、數(shù)據(jù)成員對齊規(guī)則:結構(struct)(或聯(lián)合(union))的數(shù)據(jù)成員,第一個數(shù)據(jù)成員放在offset為0的地方,以后每個數(shù)據(jù)成員的對齊按照#pragma pack指定的數(shù)值和這個數(shù)據(jù)成員自身長度中,比較小的那個進行。
2、結構(或聯(lián)合)的整體對齊規(guī)則:在數(shù)據(jù)成員完成各自對齊之后,結構(或聯(lián)合)本身也要進行對齊,對齊將按照#pragma pack指定的數(shù)值和結構(或聯(lián)合)最大數(shù)據(jù)成員長度中,比較小的那個進行。
解釋二:
n 字節(jié)的對齊方式 VC 對結構的存儲的特殊處理確實提高 CPU 存儲變量的速度,但是有時候也帶來 了一些麻煩,我們也屏蔽掉變量默認的對齊方式,自己可以設定變量的對齊方式。 VC 中提供了#pragma pack(n)來設定變量以 n 字節(jié)對齊方式。n 字節(jié)對齊就是說 變量存放的起始地址的偏移量有兩種情況:
第一、如果 n 大于等于該變量所占用的字 節(jié)數(shù),那么偏移量必須滿足默認的對齊方式。
第二、如果 n 小于該變量的類型所占用 的字節(jié)數(shù),那么偏移量為 n 的倍數(shù),不用滿足默認的對齊方式。結構的總大小也有個 約束條件,分下面兩種情況:如果 n 大于所有成員變量類型所占用的字節(jié)數(shù),那么結 構的總大小必須為占用空間最大的變量占用的空間數(shù)的倍數(shù); 否則必須為 n 的倍數(shù)。
下面舉例說明其用法。 #pragma pack(push) //保存對齊狀態(tài)
#pragma pack(4)//設定為 4 字節(jié)對齊
struct test { char m1; double m4; int m3; }; #pragma pack(pop)//恢復對齊狀態(tài) 以上結構體的大小為 16:
下面分析其存儲情況,首先為 m1 分配空間,其偏移量 為 0,滿足我們自己設定的對齊方式(4 字節(jié)對齊),m1 大小為 1 個字節(jié)。接著開始 為 m4 分配空間,這時其偏移量為 1,需要補足 3 個字節(jié),這樣使偏移量滿足為 n=4 的倍數(shù)(因為 sizeof(double)大于 4),m4 占用 8 個字節(jié)。接著為 m3 分配空間,這時 其偏移量為 12,滿足為 4 的倍數(shù),m3 占用 4 個字節(jié)。這時已經(jīng)為所有成員變量分配 了空間,共分配了 16 個字節(jié),滿足為 n 的倍數(shù)。如果把上面的#pragma pack(4)改為 #pragma pack(8),那么我們可以得到結構的大小為 24。
大家看了這些文字描述頭也一定會發(fā)麻吧,我堅持讀完后,然后自己編寫了一個程序:
#pragma pack(4) struct node{ int e; char f; short int a; char b; }; struct node n; printf("%d\n",sizeof(n));
我自己算的結果是16,結果實際結果是:
12
然后結構體內部數(shù)據(jù)成員變動一下位置:
#pragma pack(4) struct node{ char f; int e; short int a; char b;}; struct node n; printf("%d\n",sizeof(n)); 12
將對齊位數(shù)強制定位2
#pragma pack(2) struct node{ char f; int e; short int a; char b;}; struct node n; printf("%d\n",sizeof(n)); 10
將對齊位數(shù)強制定位1
#pragma pack(1) struct node{ char f; int e; short int a; char b;}; struct node n; printf("%d\n",sizeof(n)); 8
看著輸出結果和文字描述有點暈,下面簡單說一下俺的判定規(guī)則吧:
其實之所以有內存字節(jié)對齊機制,就是為了最大限度的減少內存讀取次數(shù)。我們知道CPU讀取速度比內存讀取速度快至少一個數(shù)量級,所以為了節(jié)省運算花費時間,只能以犧牲空間來換取時間了。
下面舉例說明如何最大限度的減少讀取次數(shù)。
#pragma pack(1) struct node{ char f; int e; short int a; char b;}; struct node n; printf("%d\n",sizeof(n));
這里強制按照1字節(jié)進行對齊,可以理解成所有的內容都是按照1字節(jié)進行讀?。〞呵疫@樣理解,因為這樣可以很好的理解內存對其機制),其他所有的數(shù)據(jù)成員都是1字節(jié)的整數(shù)倍,所以也就不用進行內存對其,各個成員在內存中就按照實際順序進行排列,結構體實際長度為8
#pragma pack(2) struct node{ char f; int e; short int a; char b;}; struct node n; printf("%d\n",sizeof(n));
這里強制按照2字節(jié)進行對齊。如果內存分布仍然是連續(xù)的話,那么int e就得三次才能讀到CPU中,所以為了“講究”int e的讀取,所以在char f之后預留1BYTE,最后的char b也是如此,所以長度為10
#pragma pack(4) struct node{ char f; int e; short int a; char b;}; struct node n; printf("%d\n",sizeof(n));
這里強制按照4字節(jié)進行對齊。所以char f后要預留3BYTE,而short int a 和 char b可以一次讀取到CPU(按照4字節(jié)讀取),所以長度為12
如果#pramga pack(n)中的n大于結構體成員中任何一個成員所占用的字節(jié)數(shù),則該n值無效。編譯器會選取結構體中最大數(shù)據(jù)成員的字節(jié)數(shù)為基準進行對其
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