内存对齐

内存对齐规则:

  • 数据成员对齐规则
    结构(struct)(或联合(union))的数据成员,第一个数据成员放在offset(偏移)为0的地方,以后每个数据成员的对齐按照 #pragma pack 指定的数值和这个数据成员自身长度中,比较小的那个进行
  • 结构(或联合)的整体对齐规则
    在数据成员完成各自对齐之后,结构(或联合)本身也要进行对齐,对齐将按照 #pragma pack 指定的数值和结构(或联合)最大数据成员长度中,比较小的那个进行。
  • 结构体作为成员:
    如果一个结构里有某些结构体成员,则结构体成员要从其内部最大元素大小的整数倍地址开始存储。

#pragma pack(n) 对齐系数:

每个特定平台上的编译器都有自己的默认“对齐系数”(也叫对齐模数)。程序员可以通过预编译命令#pragma pack(n),n=1,2,4,8,16来改变这一系数,其中的n就是你要指定的“对齐系数”。其中,Xcode 中默认为#pragma pack(8)

系统对齐:

  • 在操作系统中对结构(struct)(或联合(union))的数据成员分配的内存是操作系统的对齐系数的倍数。例如IOS中的系统对齐系数是16。

演练:

1.

struct StructOne { 
                   长度        对齐      偏移     区间
    char   a;       1  < 8     1         0      [0]     
    double b;       8  = 8     8         8      [8,  15]
    int    c;       4  < 8     4         16     [16, 19]
    short  d;       2  < 8     2         20     [20, 21]
} MyStruct1;

解读:
1、每个数据成员的对齐按照 #pragma pack 指定的数值和这个数据成员自身长度中,比较小的那个进行
-- char   a 的自身长度为 1, 1 < 8, 按 1 对齐
-- double b 的自身长度为 8, 8 = 8, 按 8 对齐
-- int    c 的自身长度为 4, 4 < 8, 按 4 对齐
-- short  d 的自身长度为 2, 2 < 8, 按 2 对齐
2、第一个数据成员放在offset为0的地方
-- char   a 的偏移为 1
-- double b 的偏移为 8
-- int    c 的偏移为 4
-- short  d 的偏移为 2
3、整体将按照 #pragma pack 指定的数值和结构(或联合)最大数据成员长度中,比较小的那个进行。
min((max(int,short,char,double), 8) = 8,将 21 提升到 8 的倍数,则为 24,所以最终结果为 24 个字节

2.

struct StructOne { 
                  长度        对齐      偏移     区间
    double b;       8  = 8     8         0      [0,   7]     
    char   a;       1  < 8     1         8      [8]
    short  d;       2  < 8     2         10     [10, 11]
    int    c;       4  < 8     4         12     [12, 15]
} MyStruct1;

解读:
这个和演练1不同的是short d,由于它是 2 对齐,上一个偏移量为 9,
9不是2的整数倍,所以向上取整,到10,"short b" 偏移为10
整体对齐系数 = min((max(int,short,char,double), 8) = 8,将15提升到8的倍数,则为16,所以最终结果为16个字节

3. 结构体包含结构体:

struct EE
{                        长度        对齐      偏移     区间
    int     a;            4 < 8       4        0      [0, 3]
    char    b;            1 < 8       1        4      [4] 
    short   c;            2 < 8       2        6      [6, 7]
    struct FF //结构体内部最大元素为int ,由于偏移量为8刚好是4的整数倍,所以从8开始存放接下来的struct FF   
    {
        int   a1;         4 < 8       4        8      [8, 11]
        char  b1;         1 < 8       1        12     [12]      
        short c1;         2 < 8       2        14     [14, 15]    
        char  d1;         1 < 8       1        16     [16] 
    };// 内部结构体整体对齐:min(max(int, char, short), 8) = 4, 将内存大小由17补齐到4的整数倍20
    char d;               1 < 8       1        21     [21] 
    // 整体对齐系数 = min((max(int,short,char), 8) = 4,将内存大小由21补齐到4的整数倍24
};
struct B {             长度        对齐      偏移     区间
    char   e[2];        1 < 8      2        0      [0, 1]   
    short  h;           2 < 8      2        2      [2, 3]  
    struct A { //结构体内部最大元素为double ,由于偏移量为8刚好是4的整数倍,所以从8开始存放接下来的struct A
        int    a;       4 < 8      4        8      [8, 11] 
        double b;       8 = 8      8        16     [16, 23]
        float  c;       4 < 8      4        24     [24, 27]
    };
        // 整体对齐系数 = min((max(int,double ,float), 8) = 8
        // 将内存大小由28补齐到8的整数倍32,∴ result = 32
};

练习

1.

struct x_ {
    char  a;      // 1 byte
    int   b;      // 4 bytes
    short c;      // 2 bytes
    char  d;      // 1 byte
} MyStruct1;

struct y_ {
    int   b;      // 4 bytes
    char  a;      // 1 byte
    char  d;      // 1 byte
    short c;      // 2 bytes
} MyStruct2;

NSLog(@"%lu---%lu--", sizeof(MyStruct1), sizeof(MyStruct2));
//12---8--

2.

struct StructOne {
    char   a;      // 1字节
    double b;      // 8字节
    int    c;      // 4字节
    short  d;      // 2字节
} MyStruct1;

struct StructTwo {
    double b;       // 8字节
    char   a;       // 1字节
    short  d;       // 2字节
    int    c;       // 4字节
} MyStruct2;
NSLog(@"%lu---%lu--", sizeof(MyStruct1), sizeof(MyStruct2));
//24---16--

3.

struct DD
{                       
    double  a;         
    char    b;           
    short   c;       
    struct FF 
    {
        int   a1;         
        char  b1;         
        short c1;          
        char  d1;         
    };
    char d; 
}Test;
NSLog(@"%lu", sizeof(Test));
//24

4.

struct B { 
    char    d;       
    double  h;       
    struct A {  
        int    a;     
        double b;   
        float  c; 
    };
} Test;
NSLog(@"%lu", sizeof(Test));
//40
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