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一篇文章帶你了解C語(yǔ)言內(nèi)存對(duì)齊

 更新時(shí)間:2021年08月15日 10:03:48   作者:Wallace Zhang  
在單片機(jī)下使用C語(yǔ)言編程時(shí),內(nèi)存對(duì)齊的知識(shí)點(diǎn)必須掌握。掌握內(nèi)存對(duì)齊后,可以防止內(nèi)存碎片化,并且證明你有能力優(yōu)化內(nèi)存。嵌入式單片機(jī)開發(fā)的后階段,無(wú)非就是優(yōu)化內(nèi)存與優(yōu)化代碼執(zhí)行效率。

內(nèi)存對(duì)齊

先看如下代碼:

在這里插入圖片描述

結(jié)構(gòu)體Test1占用了多少字節(jié)?如果事先不知道內(nèi)存對(duì)齊的話,答案肯定是:1個(gè)字節(jié)(char)+ 4個(gè)字節(jié)(int)+ 1個(gè)字節(jié)(char) = 6個(gè)字節(jié)。

事實(shí)上,Test1結(jié)構(gòu)體占用了12個(gè)字節(jié),從DEBUG模式下Watch1觀察:

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OK,不就猜少了6個(gè)字節(jié)嗎?有什么影響嗎?先不說影響吧,咱們先來看看單片機(jī)內(nèi)存里的實(shí)際情況。從上圖看到,結(jié)構(gòu)體變量的首地址是0x200018F4,通過Keil的Memory1可以看到結(jié)構(gòu)體Text1在內(nèi)存的分布,如下圖所示。

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將Test1的內(nèi)存分布提取出來,如下圖所示,因?yàn)閮?nèi)存對(duì)齊的原因,有6個(gè)字節(jié)被填充了。換句話說,這6個(gè)字節(jié)被浪費(fèi)了,無(wú)法被其他資源使用了(因?yàn)榫幾g器將這些內(nèi)存規(guī)劃給結(jié)構(gòu)體Test1了)。此時(shí),如果使用結(jié)構(gòu)體Text1在堆內(nèi)存大量地定義變量的話,將會(huì)造成非常嚴(yán)重的內(nèi)存浪費(fèi)(內(nèi)存碎片化),浪費(fèi)的內(nèi)存 = 6 * N(N表示結(jié)構(gòu)體變量的個(gè)數(shù))。比如用結(jié)構(gòu)體Text1定義1000個(gè)結(jié)構(gòu)體變量,浪費(fèi)的內(nèi)存 = 6 * 1000 = 6000 Byte(非常接近6K內(nèi)存)。

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好了,假如我是懂得內(nèi)存對(duì)齊的原理的,那么我可以這樣去優(yōu)化結(jié)構(gòu)體Text1。

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接著,從Debug里觀察看看:

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最后,去Memory1觀察內(nèi)存的分布情況:

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再將結(jié)構(gòu)體Text1的內(nèi)存分布提取出來分析一下,將成員b與成員c互換位置后,被填充的字節(jié)數(shù)變成2,成功地優(yōu)化了4個(gè)字節(jié)的碎片。如果用Text1的結(jié)構(gòu)體去定義1000個(gè)結(jié)構(gòu)體變量的話,那么1000 * 6的碎片內(nèi)存被優(yōu)化成1000 * 2的碎片內(nèi)存,成功改善了1000 * 4(接近4K的內(nèi)存)啊。

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三、在內(nèi)存對(duì)齊話題下的sizeof與offsetof宏

首先,在main.c包含頭文件stddef.h。

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回到最初的例子,代碼如下:

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3.1、sizeof

通過sizeof操作符能夠得出一個(gè)結(jié)構(gòu)的整體長(zhǎng)度,包括因邊界對(duì)齊而跳過的那些字節(jié)。

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3.2、offsetof宏

考慮到內(nèi)存對(duì)齊的因素,想確定結(jié)構(gòu)體里某個(gè)成員的實(shí)際位置,可以使用offsetof宏得到。比如我想得到成員b在結(jié)構(gòu)體Test1的實(shí)際位置(包括內(nèi)存對(duì)齊因素)。

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3.3、Debug

進(jìn)入Debug模式觀察sizeof與offsetof的返回值分別是12與4。

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總結(jié)

本篇文章就到這里了,希望能給你帶來幫助,也希望您能夠多多關(guān)注腳本之家的更多內(nèi)容!

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