內(nèi)存對齊的基本原則：

• 結(jié)構(gòu)（struct/class）的內(nèi)置類型數(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)成員的起始位置要從自身大小的整數(shù)倍開始存儲（特別注意64位機(jī)器的指針大小為8個字節(jié)）。
• 如果一個結(jié)構(gòu)A里有結(jié)構(gòu)體成員B，則結(jié)構(gòu)體B要從其內(nèi)部"最寬基本類型成員”的整數(shù)倍地址開始存儲（如struct a里存有struct b，b里有char, int, double等元素，那b應(yīng)該從8的整數(shù)倍位置開始存儲)。
• 結(jié)構(gòu)體的總大小為結(jié)構(gòu)體的有效對齊值的整數(shù)倍，結(jié)構(gòu)體的有效對齊值的確定：
  • 當(dāng)未明確指定時，以結(jié)構(gòu)體或結(jié)構(gòu)體所包含結(jié)構(gòu)體成員中最長的成員長度為其有效值。
  • 當(dāng)用#pragma pack(n)指定時，以n和結(jié)構(gòu)體中最長的成員的長度中較小者為其值。
  • 當(dāng)用__attribute__ ((packed))指定長度時，強(qiáng)制按照此值為結(jié)構(gòu)體的有效對齊值。
  • 不管# pragma pack和__attribute__如何指定，結(jié)構(gòu)體內(nèi)部成員的自對齊仍然按照其自身的對齊值。
• union以結(jié)構(gòu)里面size最大元素為union的size,因?yàn)樵谀骋粫r刻，union只有一個成員真正存儲于該地址。

空類/靜態(tài)成員

程序 1

class A{
};

int main() {
?? ?cout << sizeof(A) << endl;?? ?// 1
}

對于一個什么都沒有的空類，實(shí)際并不是空的，因?yàn)橛心J(rèn)的函數(shù)，具體可以參考 （待填入網(wǎng)址），大小是 1，這是因?yàn)樾枰幸粋€地址，C++ 不允許兩個不同的對象有相同的地址，所以 C++ 中空的類和結(jié)構(gòu)體大小都是 1。

程序 2

class A{
?? ?A(){}
?? ?~A(){}
?? ?void print() { printf("print()\n"); }
?? ?void foo() { printf("print()\n"); }

?? ?static void sprint() { printf("sprint()\n"); }
};

int main() {
?? ?cout << sizeof(A) << endl;?? ?// 1
}

這個類的大小仍然是1，成員函數(shù)、靜態(tài)成員函數(shù)、靜態(tài)成員變量都是不占用類的內(nèi)存的，這是因?yàn)檫@些東西都是類的，而不是每個對象分別存儲。static變量就是存儲在全局靜態(tài)區(qū)。

需要注意的是，子類繼承空類后，子類如果有自己的數(shù)據(jù)成員，而空基類的1個字節(jié)并不會加到子類中去。

程序 3

class Empty {};
struct D : public Empty {
    int a;
};

sizeof(D)為4。

再來看另一種情況，一個類包含一個空類對象數(shù)據(jù)成員，則空類對象的大小仍為1。

程序 4

class Empty {};
class HaveAnInt {
    int x;
    Empty e;
}

在大多數(shù)編譯器中，你會發(fā)現(xiàn) sizeof(HaveAnInt) 輸出為8。這是由于，Empty類的大小雖然為1，然而為了內(nèi)存對齊，編譯器會為HaveAnInt額外加上一些字節(jié)，使得HaveAnInt被放大到足夠又可以存放一個int。

內(nèi)置類型數(shù)據(jù)成員

程序 1

class Data
{
    char c;
    int a;
};
 
cout << sizeof(Data) << endl;

程序 2

class Data
{
    char c;
    double a;
};
 
cout << sizeof(Data) << endl;

顯然程序 1 輸出的結(jié)果為 8，程序 2 輸出的結(jié)果為 16 .

程序 1 最大的數(shù)據(jù)成員是4bytes，1+4=5，補(bǔ)齊為4的倍數(shù)，也就是8。而程序 2 為8bytes，1+8=9，補(bǔ)齊為8的倍數(shù)，也就是16。

程序 3

class Data
{
    char c;
    int a;
    char d;
};
 
cout << sizeof(Data) << endl;

程序 4

class Data
{
    char c;
    char d;
    int a;
};
 
cout << sizeof(Data) << endl;

程序 3 運(yùn)行結(jié)果為 12，程序 4 運(yùn)行結(jié)果為 8

class中的數(shù)據(jù)成員放入內(nèi)存的時候，內(nèi)存拿出一個內(nèi)存塊來，數(shù)據(jù)成員們排隊一個一個往里放，遇到太大的成員時，不是將其劈成兩半能放多少就放多少，而是等下一個內(nèi)存塊過來。這樣的話，就可以理解為什么程序 3 和程序 4 兩段代碼輸出結(jié)果不一樣了，因?yàn)槌绦?3 是
1 + (3) + 4 + 1 + (3) = 12，而程序 4 是1 + 1 + (2) + 4 = 8。括號中為補(bǔ)齊的bytes。

結(jié)構(gòu)體數(shù)據(jù)成員

在默認(rèn)條件下，內(nèi)存對齊是以class中最大的那個基本類型為基準(zhǔn)的，如果class中的數(shù)據(jù)成員包含其他class，則遞歸的取其中最大的基本類型來參與比較。

程序 1

class BigData
{
    char array[33];
};
 
class Data
{
    BigData bd;
    int integer;
    double d;
};
 
cout << sizeof(BigData) << "   " << sizeof(Data) << endl;

程序 2

class BigData
{
    char array[33];
};
 
class Data
{
    BigData bd;
    double d;
};
 
cout << sizeof(BigData) << "   " << sizeof(Data) << endl;

程序 1 和程序 2 運(yùn)行結(jié)果均為：33 48

程序 1 和程序 2 中內(nèi)存對其的基準(zhǔn)均為8字節(jié)，BigData的大小均為33。在程序 1 中，BigData接下來是個int（4bytes），能夠放下，這時候內(nèi)存塊還剩3bytes，而接下來是個double（8bytes），放不下，所以要等下一個內(nèi)存快到來。因此，程序 1 的Data的size = 33 + 4 + (3) + 8 = 48，同理程序 2 應(yīng)該是
33 + (7) + 8 = 48。

程序 3

?class A { ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??
?public: ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??
? ? ?double len; ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??
? ? ?char str[33]; ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??
?}; ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
?class B { ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??
?public: ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
? ? ?A a; ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
? ? ?int b; ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
?};

cout << sizeof(A) << " ?" << sizeof(B) << endl;

以上代碼輸出的結(jié)果為: 48 56
不同于程序 1 和程序 2 ，程序 3 中的class A實(shí)際會占用41字節(jié)，但會發(fā)生8字節(jié)對齊，所以大小為48字節(jié)。對于class B，成員b的起始位置已發(fā)生8字節(jié)對齊，而class B整體還會發(fā)生8字節(jié)對齊，所以最終大小為56。

虛函數(shù)

C++ 的類中如果有虛函數(shù)，類內(nèi)就會有一個虛函數(shù)表的指針 _vptr，指向自己的虛函數(shù)表，vptr 一般都是在類的最前邊（取決于編譯器的實(shí)現(xiàn)）。

class A {
public:
    A(){}
    virtual ~A(){}
    virtual void foo(){}
    virtual void print() {}
};

由于只是存一個指向虛函數(shù)表的指針，所以不管有多少個虛函數(shù)，都是 4 字節(jié)大?。?2位下，任何指針大小都是 4，64位下，任何指針大小都是 8），比如上面這個類 A，size 就是 4。

需要注意的是就是，對于沒有 override 的虛函數(shù)，基類和子類中 _vptr 指向的虛函數(shù)表中，這個虛函數(shù)的地址是一樣的，也就是上邊的 foo() 函數(shù)，而對于重寫了的或者默認(rèn)重寫的析構(gòu)函數(shù)來說，_vptr 指向的虛函數(shù)表中，函數(shù)地址是不一樣的（當(dāng)然兩個類的 _vptr 地址也是不一樣的，這是肯定的），這就能窺探到多態(tài)的實(shí)現(xiàn)了。

繼承

不同的編譯器對繼承后類的大小的計算方式不同，有的是先繼承后對齊，有的是先對齊后繼承。

class A
{
? ? int i;
? ? char c1;
}

class B:public A
{
? ? char c2;
}

class C:public B
{
? ? char c3;
}

sizeof(C)結(jié)果是多少呢，gcc和vs給出了不同的結(jié)果，分別是8、16。

• gcc中：C相當(dāng)于把所有成員i、c1、c2、c3當(dāng)作是在一個class內(nèi)部，(先繼承后對齊)
• vs中：對于A，對齊后其大小是8；對于B，c2加上對齊后的A的大小是9，對齊后就是12；對于C，c3加上對齊后的B大小是13，再對齊就是16 (先對齊后繼承)

內(nèi)存對齊的意義

• 效率原因：經(jīng)過內(nèi)存對齊之后，CPU的內(nèi)存訪問速度大大提升。
• 平臺原因（移植原因）：不是所有的硬件平臺都能訪問任意地址上的任意數(shù)據(jù)，某些硬件平臺只能在某些地址處取某些特定類型的數(shù)據(jù)，否則拋出硬件異常。

比較兩個結(jié)構(gòu)體可以使用memcmp(void*, void*)嗎？

不可以，memcmp函數(shù)是逐個字節(jié)進(jìn)行比較的，而struct存在內(nèi)存對齊，內(nèi)存對齊時補(bǔ)的字節(jié)內(nèi)容是垃圾值，所以無法比較。

到此這篇關(guān)于C++內(nèi)存對齊的實(shí)現(xiàn)的文章就介紹到這了,更多相關(guān)C++內(nèi)存對齊內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

最新評論