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字节对齐问题

发布时间 2023-12-04 14:00:05作者: __Zed

字节对齐的作用

  1. 节约内存空间，对于一个结构体 不同的成员变量顺序会影响最终存储占用的空间

  2. 加深对不同平台字节数的理解和记忆

什么是字节对齐

  1. 一般是相对于结构体而言

  2. 说人话就是，结构体最终占用的空间，往往不是看起来占用的空间

  3. 总结起来就是按照结构体的顺序挨个存，存之前必须确保当前大小是接下来要存的变量大小整数倍，最后存完要确保是结构体最大的变量大小的整数倍

  4. 可能有点抽象，主要涉及几个概念：当前大小 接下来要存的变量大小 结构体最大的变量大小

举例讲解

struct A{
uint_8 a;
uint_16 b;
uint_32 c;
uint_64 d;
}

先明确一点，系统要求的大小，学名叫系统默认对齐字节数，我目前遇到的任务，要求是4字节，因地制宜

  1. 按照顺序存储，先存a，当前大小就是0，接下来要存的变量(a)大小就是1字节(uint_8表示跨平台8位)
  2. 存b，依次是 当前大小1字节，接下来要存的b是2字节，由于：
    确保当前大小是接下来要存的变量大小整数倍
    1不是2的整数倍，所以要补充一字节到2！
  3. 存c，当前大小2+2=4字节，接下来要存的c是4字节。所以直接存就行
  4. 存d，当前大小4+4=8字节，接下来要存的d，看似8字节，实则系统要求最多4字节，所以只能分开存！！！！
  5. 结构体最大的变量大小，也就是max(1,2,4,8)得8，16是他的整数倍，所以最后不用扩
    所以：接下来要存的字节数 = min(系统要求的字节数，该变量占用的字节数)

综上所述，结构体成员变量字面上占用1+2+4+8=15字节，实际占用1+1+2+4+4+4 = 16字节！！！

其他要注意的

  1. 数组一个一个存，实际上只要数组第一个元素对齐了后面自动对齐，因为第一个前面的是n倍了，继续加同类型变量就是n+1倍
  2. 不同的顺序会导致不同的结果，比如上面这个例子，按照uint_8 uint_32 uint_16 uint_64存，存uint_32就需要对齐3个，一共需要1+3+4+2+4+4=18字节，最后在对齐整体做到4的倍数(为什么不是8呢，因为被截断了)也就是需要20字节！！
  3. 数组比如int[5]，不会改变“结构体最大的变量大小”，因为是每个元素依次存储的！
  4. 全uint_8或者char(绝大多数平台都是1字节)是最好的，因为不需要任何字节对齐！

改变系统默认字节对齐数

pragma pack()命令可以指定默认对齐字节数，可选参数有1/2/4/8/16，不带参或参数非以上值时，将恢复默认值。

#pragma pack(2)
struct xxx{

}
#pragma pack()

判别步骤

注意的点

  1. 先看系统默认对齐字节数是多少，如果很大比如16，那么“接下来要存的变量大小”就是该变量实际大小，存前考虑前面的值对齐
  2. 如果系统默认字节数是1 2 这种比较小的，那么“接下来要存的变量大小”很可能要被截断！！！

步骤

  1. 按结构体内变量的顺序找，从第一个开始存，min(名义占字节，系统默认对齐字节)得到的值就是存这个变量实际小号的内存空间
  2. 依次寻找最后相加
  3. 记录最长的内存段，这个值=最大的内存片段，如果系统默认很小会被截断，比如系统默认是1，那么就是1没得商量，每个片段都是1，，最后要补到1的倍数也就是不用补