编译器地址8字节对齐

1. 简述什么叫做字节对齐,编程时使用什么方式在代码中说

什么是字节对齐：

字节(Byte)是计算机信息技术用于计量存储容量和传输容量的一种计量单位，一个字节等于8位二进制数，在UTF-8编码中，一个英文字符等于一个字节。

字节按照一定规则在空间上排列就是字节对齐。

解释：

现代计算机中内存空间都是按照byte划分的，从理论上讲似乎对任何类型的变量的访问可以从任何地址开始，但实际情况是在访问特定类型变量的时候经常在特 定的内存地址访问，这就需要各种类型数据按照一定的规则在空间上排列，而不是顺序的一个接一个的排放，这就是对齐。

作用和原因：

各个硬件平台对存储空间的处理上有很大的不同。一些平台对某些特定类型的数据只能从某些特定地址开始存取。比如有些架构的CPU在访问 一个没有进行对齐的变量的时候会发生错误，那么在这种架构下编程必须保证字节对齐。其他平台可能没有这种情况，但是最常见的是如果不按照适合其平台要求对 数据存放进行对齐，会在存取效率上带来损失。

比如有些平台每次读都是从偶地址开始，如果一个int型（假设为32位系统）如果存放在偶地址开始的地方，那么一个读周期就可以读出这32bit，而如果存放在奇地址开始的地方，就需要2个读周期，并对两次读出的结果的高低字节进行拼凑才能得到该32bit数据。

准则：

其实字节对齐的细节和具体编译器实现相关，但一般而言，满足三个准则：

1) 结构体变量的首地址能够被其最宽基本类型成员的大小所整除；

2) 结构体每个成员相对于结构体首地址的偏移量都是成员大小的整数倍，如有需要编译器会在成员之间加上填充字节；例如上面第二个结构体变量的地址空间。

3) 结构体的总大小为结构体最宽基本类型成员大小的整数倍，如有需要编译器会在最末一个成员之后加上填充字节。

概念与规则：

四个基本概念

1.数据类型自身的对齐值：对于char型数据，其自身对齐值为1，对于short型为2，对于int,float类型，其自身对齐值为4，对于double型，其自身对齐值为8，单位字节。

2.结构体或者类的自身对齐值：其成员中自身对齐值最大的那个值。

3.指定对齐值：#pragma pack (value)时的指定对齐值value。

4.数据成员、结构体和类的有效对齐值：自身对齐值和指定对齐值中小的那个值。对齐规则有效对齐值N是最终用来决定数据存放地址方式的值，最重要。有效对齐N，就是表示“对齐在N上”，也就是说该数据的"存放起始地址%N=0".而数据结构中的数据变量都是按定义的先后顺序来排放的。第一个数据变量的起始地址就是数据结构的起始地址。结构体的成员变量要对齐排放，结构体本身也要根据自身的有效对齐值圆整。

2. 内存对齐的详细解释

大部分的参考资料都是如是说的：
1、平台原因(移植原因)：不是所有的硬件平台都能访问任意地址上的任意数据的；某些硬件平台只能在某些地址处取某些特定类型的数据，否则抛出硬件异常。
2、性能原因：数据结构(尤其是栈)应该尽可能地在自然边界上对齐。原因在于，为了访问未对齐的内存，处理器需要作两次内存访问；而对齐的内存访问仅需要一次访问。 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”。
规则：
1、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。
2、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。
3、结合1、2可推断：当#pragma pack的n值等于或超过所有数据成员长度的时候，这个n值的大小将不产生任何效果。
Win32平台下的微软C编译器(cl.exefor 80×86)的对齐策略：
1)结构体变量的首地址是其最长基本类型成员的整数倍；
备注：编译器在给结构体开辟空间时，首先找到结构体中最宽的基本数据类型，然后寻找内存地址能是该基本数据类型的整倍的位置，作为结构体的首地址。将这个最宽的基本数据类型的大小作为上面介绍的对齐模数。
2)结构体每个成员相对于结构体首地址的偏移量（offset）都是成员大小的整数倍，如有需要编译器会在成员之间加上填充字节（internal adding）；
备注:为结构体的一个成员开辟空间之前，编译器首先检查预开辟空间的首地址相对于结构体首地址的偏移是否是本成员的整数倍，若是，则存放本成员，反之，则在本成员和上一个成员之间填充一定的字节，以达到整数倍的要求，也就是将预开辟空间的首地址后移几个字节。
3)结构体的总大小为结构体最宽基本类型成员大小的整数倍，如有需要，编译器会在最末一个成员之后加上填充字节（trailing padding）。
备注：结构体总大小是包括填充字节，最后一个成员满足上面两条以外，还必须满足第三条，否则就必须在最后填充几个字节以达到本条要求。
4) 结构体内类型相同的连续元素将在连续的空间内，和数组一样。
5) 如果结构体内存在长度大于处理器位数的元素，那么就以处理器的倍数为对齐单位；否则，如果结构体内的元素的长度都小于处理器的倍数的时候，便以结构体里面最长的数据元素为对齐单位。 我们通过一系列例子的详细说明来证明这个规则吧!
我试验用的编译器包括GCC 3.4.2和VC6.0的C编译器，平台为Windows XP + Sp2。
我们将用典型的struct对齐来说明。首先我们定义一个struct：
#pragma pack(n) /* n = 1, 2, 4, 8, 16 */
struct test_t {
int a;
char b;
short c;
char d[6];
};
#pragma pack(n)
首先我们首先确认在试验平台上的各个类型的size，经验证两个编译器的输出均为：
sizeof(char) = 1
sizeof(short) = 2
sizeof(int) = 4
我们的试验过程如下：通过#pragma pack(n)改变“对齐系数”，然后察看sizeof(struct test_t)的值。
1、1字节对齐(#pragma pack(1))
输出结果：sizeof(struct test_t) = 13[两个编译器输出一致]
分析过程：
1) 成员数据对齐
#pragma pack(1)
struct test_t {
int a; /* int型，长度4 > 1 按1对齐；起始offset=0 0%1=0；存放位置区间[0,3] */
char b; /* char型，长度1 = 1 按1对齐；起始offset=4 4%1=0；存放位置区间[4] */
short c; /* short型，长度2 > 1 按1对齐；起始offset=5 5%1=0；存放位置区间[5,6] */
char d[6]; /* char型，长度1 = 1 按1对齐；起始offset=7 7%1=0；存放位置区间[7,C] */
};/*char d[6]要看成6个char型变量*/
#pragma pack()
成员总大小=13
2) 整体对齐
整体对齐系数 = min((max(int,short,char), 1) = 1
整体大小(size)=$(成员总大小) 按 $(整体对齐系数) 圆整 = 13 /*13%1=0*/ [注1]
2、2字节对齐(#pragma pack(2))
输出结果：sizeof(struct test_t) = 14 [两个编译器输出一致]
分析过程：
1) 成员数据对齐
#pragma pack(2)
struct test_t {
int a; /* int型，长度4 > 2 按2对齐；起始offset=0 0%2=0；存放位置区间[0,3] */
char b; /* char型，长度1 < 2 按1对齐；起始offset=4 4%1=0；存放位置区间[4] */
short c; /* short型，长度2 = 2 按2对齐；起始offset=6 6%2=0；存放位置区间[6,7] */
char d[6]; /* char型，长度1 < 2 按1对齐；起始offset=8 8%1=0；存放位置区间[8,D] */
};
#pragma pack()
成员总大小=14
2) 整体对齐
整体对齐系数 = min((max(int,short,char), 2) = 2
整体大小(size)=$(成员总大小) 按 $(整体对齐系数) 圆整 = 14 /* 14%2=0 */
3、4字节对齐(#pragma pack(4))
输出结果：sizeof(struct test_t) = 16 [两个编译器输出一致]
分析过程：
1) 成员数据对齐
#pragma pack(4)
struct test_t {
int a; /* int型，长度4 = 4 按4对齐；起始offset=0 0%4=0；存放位置区间[0,3] */
char b; /* char型，长度1 < 4 按1对齐；起始offset=4 4%1=0；存放位置区间[4] */
short c; /*short型， 长度2 < 4 按2对齐；起始offset=6 6%2=0；存放位置区间[6,7] */
char d[6]; /* char型，长度1 < 4 按1对齐；起始offset=8 8%1=0；存放位置区间[8,D] */
};
#pragma pack()
成员总大小=14
2) 整体对齐
整体对齐系数 = min((max(int,short,char), 4) = 4
整体大小(size)=$(成员总大小) 按 $(整体对齐系数) 圆整 = 16 /*16%4=0*/
4、8字节对齐(#pragma pack(8))
输出结果：sizeof(struct test_t) = 16 [两个编译器输出一致]
分析过程：
1) 成员数据对齐
#pragma pack(8)
struct test_t {
int a; /* int型，长度4 < 8 按4对齐；起始offset=0 0%4=0；存放位置区间[0,3] */
char b; /* char型，长度1 < 8 按1对齐；起始offset=4 4%1=0；存放位置区间[4] */
short c; /* short型，长度2 < 8 按2对齐；起始offset=6 6%2=0；存放位置区间[6,7] */
char d[6]; /* char型，长度1 < 8 按1对齐；起始offset=8 8%1=0；存放位置区间[8,D] */
};
#pragma pack()
成员总大小=14
2) 整体对齐
整体对齐系数 = min((max(int,short,char), 8) = 4
整体大小(size)=$(成员总大小) 按 $(整体对齐系数) 圆整 = 16 /*16%4=0*/
5、16字节对齐(#pragma pack(16))
输出结果：sizeof(struct test_t) = 16 [两个编译器输出一致]
分析过程：
1) 成员数据对齐
#pragma pack(16)
struct test_t {
int a; /* int型，长度4 < 16 按4对齐；起始offset=0 0%4=0；存放位置区间[0,3] */
char b; /* char型，长度1 < 16 按1对齐；起始offset=4 4%1=0；存放位置区间[4] */
short c; /* short型，长度2 < 16 按2对齐；起始offset=6 6%2=0；存放位置区间[6,7] */
char d[6]; /* char型，长度1 < 16 按1对齐；起始offset=8 8%1=0；存放位置区间[8,D] */
};
#pragma pack()
成员总大小=14
2) 整体对齐
整体对齐系数 = min((max(int,short,char), 16) = 4
整体大小(size)=$(成员总大小) 按 $(整体对齐系数) 圆整 = 16 /*16%4=0*/ 8字节和16字节对齐试验证明了“规则”的第3点：“当#pragma pack的n值等于或超过所有数据成员长度的时候，这个n值的大小将不产生任何效果”。另外内存对齐是个很复杂的东西，读者不妨把上述结构体中加个double型成员进去练习一下，上面所说的在有些时候也可能不正确。呵呵^_^
[注1]
什么是“圆整”？
举例说明：如上面的8字节对齐中的“整体对齐”，整体大小=9 按 4 圆整 = 12
圆整的过程：从9开始每次加一，看是否能被4整除，这里9，10，11均不能被4整除，到12时可以，则圆整结束。
上面文字表述太不直观了，鄙人给段代码直观的体现出来，代码如下：
#pragma pack(4) /* n = 1, 2, 4, 8, 16 */struct test_t{int a;char b;short c;char d[6];}ttt;void print_hex_data(char *info, char *data, int len){int i;dbg_printf(%s: , info);for(i = 0; i < len; i++){dbg_printf(%02x , (unsigned char)data[i]);if (0 == ((i+1) % 32))dbg_printf( );}dbg_printf( );}int main(){ttt.a = 0x1a2a3a4a;ttt.b = 0x1b;ttt.c = 0x1c2c;char *s = 123456;memcpy(ttt.d, s, 6);print_hex_data(struct_data, (char *)&ttt, sizeof(struct test_t));return 0;}
#pragma pack(1)的结果：
4a 3a 2a 1a 1b 2c 1c 31 32 33 34 35 36
#pragma pack(2)的结果：
4a 3a 2a 1a 1b 00 2c 1c 31 32 33 34 35 36
#pragma pack(4)的结果：
4a 3a 2a 1a 1b 00 2c 1c 31 32 33 34 35 36 00 00
#pragma pack(8)的结果：
4a 3a 2a 1a 1b 00 2c 1c 31 32 33 34 35 36 00 00
#pragma pack(16)的结果：
4a 3a 2a 1a 1b 00 2c 1c 31 32 33 34 35 36 00 00

3. C语言内存对齐问题.

为了有助于加快计算机的取数速度，编译器默认会对结构体进行处理（实际上其它地方的数据变量也是如此），让宽度为2的基本数据类型（short等）都位于能被2整除的地址上，让宽度为4的基数据类型（int等）都位于能被4整除的地址上，以此类推。这样，两个数中间就可能需要加入填充字节，所以整个结构体的sizeof值就增长了。

字节对齐的细节和编译器实现相关，但一般而言，满足三个准则：
1) 结构体变量的首地址能够被其最宽基本类型成员的大小所整除；
2) 结构体每个成员相对于结构体首地址的偏移量（offset）都是成员大小的整数倍，如有
需要编译器会在成员之间加上填充字节（internal adding）；
3) 结构体的总大小为结构体最宽基本类型成员大小的整数倍，如有需要编译器会在最末一
个成员之后加上填充字节（trailing padding）。

你这里struct的首地址要能被double的8字节整除，

1. char占1字节

2. int要被此时的地址整除，那么需要补上3字节，所以这里一共该是8字节

3. short2字节的，一共10字节，不满足3），不能整除int，故添加2字节

4. 最后是double 8字节，这里地址应该是首地址+12不能被8整除，所以+4字节。最后一共24B！

   问题解决求采纳！