C++內存對齊怎么理解

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一、為什么要內存對齊？

訪問未對齊的內存，處理器要訪問兩次（數據先讀高位，再度地位），訪問對齊的內存，處理器只要訪問一次，為了提高處理器讀取數據的效率，我們使用內存對齊。Windows 默認對齊數為8字節，Linux 默認對齊數為4字節。

使用內存對齊的原因還有平臺的原因：不是所有的硬件平臺都能訪問特定的地址上的任意數據，某些平臺只能訪問特定的地址上的獲取數據，否則會拋出異常。

二、內存對齊原則：

在內存中，編譯器按照成員列表分別為 每個結構體變量分配內存，當存儲過程中需要對齊的需求時，編譯器會在成員之間留下額外的內存空間。如果想要確認結構體占多少存儲空間，則使用關鍵字sizeof查看大小，如果想得知結構體的某個特定成員在結構體的位置，則使用offsetof(頭文件stddef.h)

結構體或聯合體的數據成員、第一個成員放到0片便宜的地方，以后每個數據成員放到自身對齊的整數倍偏移處。（對齊數是變量自身大小和默認對齊數的較小值）結構體的大小必須是最大對齊數的整數倍。

三、對于結構體字節對齊，有哪些規則？

總體上我們假設結構體起始位置為0x0000,N為設置的n字節對齊，則滿足公式0x0000%N==0，來決定結構體成員存儲的位置。

1.如果是采用默認對齊規則，需要執行以下的步驟：

（1）結構體的成員的自身對值N（數據類型占有的空間，比如在32位機器下int型為4字節，自身對值為4）需要與存儲位置做出判斷。若滿足“起始位置%N=0”（除了結構體的第一個成員，N也要必須滿足>=成員自身對齊值）,則把該成員存放在該起始位置。若前一個成員與目前成員的存儲位置有一定的距離，則把該距離作為填充空間。

（2）所有結構體的成員都分配完存儲位置之后，則還要結構體本身也要進行對齊。結構體本身也要滿足“(M+X)%S=0”來進行對齊，其中M+X是整個結構體占有的存儲空間大小，M是所有結構體的成員的存儲空間大小總和，X是為了滿足S的整數倍的填補空間大小,S是就是結構體成員中自身對齊值最大的那個。

四、如果是采用#pragma pack(N)規則，需要執行以下的步驟：

（1）結構體成員的自身對齊值是偏移的量。若滿足“起始位置%N=0”（這里N是指定對齊值，即#pragma pack(N)）,則可以把該成員存儲到該起始位置中，偏移量為該成員的自身對齊值（比如int型自身對齊值為4，占用4個字節的內存位置）。

（2）結構體自身對齊值為該結構體的所有成員自身對齊值中最大的值，但又因為結構體的有效對齊值（即指定對齊值）為N，所以“(M+X)%N=0”,M+X是該結構體存儲的空間大小。

五、為什么我的編譯器在結構中留下了空洞？這導致空間浪費而且無法與外部數據文件進行“二進制”讀寫。能否關掉填充，或者控制結構域的對齊方式？

當內存中的值合理對齊時，很多機器都能非常高效地訪問。例如，在按字節尋址的機器中，2字節的short int型變量必須放在偶地址上，而4字節的long int型變量則必須存放在4的整數倍地址上。某些機器甚至根本就不能訪問沒有對齊的地址，因此必須要求所有的數據都正確地對齊。

六、什么叫做位域？

位域是指信息在存儲時，并不需要占用一個完整的字節， 而只需占幾個或一個二進制位。例如在存放一個開關量時，只有0和1 兩種狀態， 用一位二進位即可。為了節省存儲空間，并使處理簡便，C語言又提供了一種數據結構，稱為“位域”或“位段”。所謂“位域”是把一個字節中的二進位劃分為幾 個不同的區域， 并說明每個區域的位數。每個域有一個域名，允許在程序中按域名進行操作。 這樣就可以把幾個不同的對象用一個字節的二進制位域來表示。

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