一：字節(jié)對(duì)齊的概念

? ? ? ? 針對(duì)字節(jié)對(duì)齊，百度百科的解釋如下：

????????字節(jié)對(duì)齊是字節(jié)按照一定規(guī)則在空間上排列，字節(jié)(Byte)是計(jì)算機(jī)信息技術(shù)用于計(jì)量存儲(chǔ)容量和傳輸容量的一種計(jì)量單位，一個(gè)字節(jié)等于8位二進(jìn)制數(shù)，在UTF-8編碼中，一個(gè)英文字符等于一個(gè)字節(jié)，字節(jié)按照一定規(guī)則在空間上排列就是字節(jié)對(duì)齊。

? ? ? ? 上面就提到按照一定規(guī)則，那規(guī)則是什么，按什么規(guī)則去對(duì)齊，帶著這個(gè)疑問(wèn)往下走

二：為什么要字節(jié)對(duì)齊

? ? ? ? 我們?yōu)槭裁匆M(jìn)行字節(jié)對(duì)齊，不對(duì)齊會(huì)有什么后果，在計(jì)算機(jī)中我們?nèi)魏我粋€(gè)動(dòng)作無(wú)非就是保證程序的正確性，提高程序的性能和可靠性。

? ? ? ? 1，平臺(tái)的硬要求，必須要字節(jié)對(duì)齊

????????某些平臺(tái)對(duì)特定類型的數(shù)據(jù)只能從特定地址開始存取，而不允許其在內(nèi)存中任意存放。例如，Motorola 68000 處理器不允許16位的字存放在奇地址，否則會(huì)觸發(fā)異常，因此在這種架構(gòu)下編程必須保證字節(jié)對(duì)齊。

? ? ? ? 2，提高程序的性能

? ? ? ? 字節(jié)對(duì)齊如何能提高程序的性能？CPU內(nèi)部有幾個(gè)重要的部件決定了CPU一次能處理的字節(jié)和可訪問(wèn)的內(nèi)存大小。寄存器，ALU和數(shù)據(jù)總線的位數(shù)，這些共同決定了CPU的字長(zhǎng)，常見CPU的字長(zhǎng)有4位，8位，16位，32位和64位。字長(zhǎng)越多，則CPU內(nèi)部硬件規(guī)模和造價(jià)越高。如果CPU字長(zhǎng)是16位。它的寄存器和總線也是16位。那么它一次處理的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度就為2字節(jié)。

? ? ? ? 當(dāng)訪問(wèn)一個(gè)變量時(shí)，當(dāng)該變量的地址為偶地址(即字變量的低字節(jié)在偶地址單元，高字節(jié)在奇地址單元)，則需要一個(gè)總線周期訪問(wèn)該字變量；如果該字變量的地址為奇地址(即字變量的低字節(jié)在奇地址單元，高字節(jié)在偶地址單元)，則需要用兩個(gè)連續(xù)的總線周期才能訪問(wèn)該字變量，每個(gè)周期訪問(wèn)一個(gè)字節(jié)。

? ? ? ? 字節(jié)對(duì)齊讓CPU讀取數(shù)據(jù)的效果高了，這就解釋了為什么字節(jié)對(duì)齊能提高程序的性能。

? ? ? ? 3，節(jié)省程序的內(nèi)存

? ? ? ? 下面我們以一個(gè)實(shí)際的例子來(lái)看看字節(jié)對(duì)齊如何節(jié)省內(nèi)存

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>struct byte1
{char a;int b;short c;
};struct byte2
{char a;short c;int b;
};int main()
{// please write your code hereprintf("struct byte1 size:%d\n",sizeof(struct byte1));printf("struct byte2 size:%d\n",sizeof(struct byte2));
}

?可以看到，同樣是存儲(chǔ)一個(gè)char，一個(gè)int，一個(gè)short，結(jié)構(gòu)體中順序不一樣，結(jié)構(gòu)體的所占的空間也不一樣。之所以出現(xiàn)上述結(jié)果，就是因?yàn)榫幾g器要對(duì)數(shù)據(jù)成員在空間上進(jìn)行對(duì)齊

三：字節(jié)對(duì)齊規(guī)則

1，基本類型對(duì)齊規(guī)則

基本類型包括char、int、float、double、short、long等基本數(shù)據(jù)類型。CPU位數(shù)不同所占的字節(jié)數(shù)也不一樣，如下圖所示

?????????對(duì)齊要求：起始地址為其長(zhǎng)度的整數(shù)倍即可。如，int類型的變量起始地址要求為4的整數(shù)倍，char類型的變量只占一個(gè)字節(jié)，那起始地址放哪都行。

2，結(jié)構(gòu)體對(duì)齊規(guī)則

1>每個(gè)數(shù)據(jù)成員的起始位置必須是自身大小的整數(shù)倍；?

2>結(jié)構(gòu)體總大小必須是結(jié)構(gòu)體成員中最大的對(duì)齊模數(shù)的整數(shù)倍；

3>?結(jié)構(gòu)體包含數(shù)組時(shí)，按單個(gè)類型對(duì)齊方式；

4>共用體union取成員的最大內(nèi)存，但包含在結(jié)構(gòu)體內(nèi)時(shí)，按union內(nèi)部最大類型字節(jié)數(shù)的整數(shù)倍開始存儲(chǔ)；

struct byte1
{char a;int b;short c;
};

結(jié)構(gòu)體大小：12
解釋：char占一個(gè)字節(jié)，int占四個(gè)字節(jié)，由于int的起始地址要在4的倍數(shù)上，char后邊補(bǔ)齊3個(gè)字節(jié)，shor占兩個(gè)字節(jié)，但是整個(gè)結(jié)構(gòu)體大小要是最大的對(duì)齊模數(shù)的整數(shù)倍，即4的倍數(shù)，所以補(bǔ)兩個(gè)字節(jié)，一共12個(gè)字節(jié)

struct byte2
{char a;short c;int b;
};

結(jié)構(gòu)體大小：8

解釋：char占一個(gè)字節(jié)，short占兩個(gè)字節(jié)，由于short的起始地址要在2的倍數(shù)上，char后邊補(bǔ)齊1個(gè)字節(jié)，int占四個(gè)字節(jié)，剛好在4的倍數(shù)上，所以總共8個(gè)字節(jié)

那結(jié)構(gòu)體里嵌套結(jié)構(gòu)體呢？

結(jié)構(gòu)體包含另一個(gè)結(jié)構(gòu)體成員，則被包含的結(jié)構(gòu)體成員要從其原始結(jié)構(gòu)體內(nèi)部的最大對(duì)齊模數(shù)的整數(shù)倍地址開始存儲(chǔ)（比如struct a里含有struct b，b中有char、double 、int?元素，那么b應(yīng)該從8（double）的整數(shù)倍開始存儲(chǔ)）

結(jié)構(gòu)體嵌套共同體

結(jié)構(gòu)體包含共用體成員，則該共用體成員要從其原始共用體內(nèi)部成員中的最大對(duì)齊模數(shù)的整數(shù)倍地址開始存儲(chǔ)

結(jié)構(gòu)體最后包含0數(shù)組

struct byte2
{char a;short c;int b;double d[0];
};

結(jié)構(gòu)體最后包含0數(shù)組，那0數(shù)組占空間嗎？長(zhǎng)度為0的數(shù)組的主要用途是為了滿足需要可變長(zhǎng)度的結(jié)構(gòu)體，具體用法是在一個(gè)結(jié)構(gòu)體的最后，申明一個(gè)長(zhǎng)度為0的數(shù)組，就可以使得這個(gè)結(jié)構(gòu)體是可變長(zhǎng)的。對(duì)于編譯器來(lái)說(shuō)，此時(shí)長(zhǎng)度為0的數(shù)組并不占用空間，因?yàn)閿?shù)組名本身不占空間，它只是一個(gè)偏移量，數(shù)組名這個(gè)符號(hào)本身代表了一個(gè)不可修改的地址常量。

3，共同體對(duì)齊規(guī)則

共同體的內(nèi)存除了取最大成員內(nèi)存外，還要保證是所有成員類型size的最小公倍數(shù)。

union byte3
{char a;short c[5];int b;
};

?共同體byte3中最大成員就是short c[5]，占10個(gè)字節(jié)，由于要保證是所有成員類型size的最小公倍數(shù)，即4個(gè)倍數(shù)，所以是12

4，存在#pragma pack宏的對(duì)齊規(guī)則

#pragma pack（n）//編譯器將按照n個(gè)字節(jié)對(duì)齊

#pragma pack（）//取消自定義字節(jié)對(duì)齊方式

******對(duì)齊規(guī)則******

結(jié)構(gòu)體、聯(lián)合、類的結(jié)構(gòu)成員，第一個(gè)放在偏移為0的地方，以后每個(gè)數(shù)據(jù)成員的對(duì)齊，按照#pragma pack指定的數(shù)值和自身對(duì)齊模數(shù)中最小的那個(gè)。

結(jié)構(gòu)體的大小是#pragma pack指定的數(shù)值的整數(shù)倍。

#pragma pack(4)
typedef struct 
{int age;char name[0];double a;
} Person;
#pragma pack();//結(jié)束#pragma pack(4)對(duì)齊。  如果沒(méi)有結(jié)束，aa也按照#pragma pack(4)對(duì)齊typedef struct 
{double age;Person k;
} aa;int m=sizeof(Person); // m=12， 按照4字節(jié)對(duì)齊
int n=sizeof(aa); // n=24,  按照8字節(jié)對(duì)齊        按照#pragma pack(4)對(duì)齊的話，n=20

5，位域字節(jié)對(duì)齊規(guī)則

“位域”是把一個(gè)字節(jié)中的二進(jìn)位劃分為幾個(gè)不同的區(qū)域，并說(shuō)明每個(gè)區(qū)域的位數(shù)。使用位域的主要目的是壓縮存儲(chǔ)。

位域列表的形式為：?類型說(shuō)明符 位域名：位域長(zhǎng)度（單位：位 bite）

如：struct bs
? ? ? {
? ? ? ? ? ?int a:8;
? ? ? ? ? ?int b:2;
? ? ? ? ? ?int c:6;
? ? ? ?} data;
其中位域a占8位，位域b占2位，位域c占6位。

位域說(shuō)明：

1.?一個(gè)位域必須存儲(chǔ)在同一個(gè)字節(jié)中，不能跨兩個(gè)字節(jié)。如一個(gè)字節(jié)所?？臻g不夠存放另一位域時(shí)，應(yīng)從下一單元起存放該位域。

2. 由于位域不允許跨兩個(gè)字節(jié)，因此位域的長(zhǎng)度不能大于一個(gè)字節(jié)（8位）的長(zhǎng)度，也就是說(shuō)不能超過(guò)8位二進(jìn)位。
3. 位域可以無(wú)位域名，這時(shí)它只用來(lái)作填充或調(diào)整位置。無(wú)名的位域是不能使用的。例如：?int :2
?

位域?qū)R規(guī)則

1) 如果相鄰位域字段的類型相同，且其位寬之和小于類型的sizeof大小，則后面的字段將緊鄰前一個(gè)字段存儲(chǔ)，直到不能容納為止；

2) 如果相鄰位域字段的類型相同，但其位寬之和大于類型的sizeof大小，則后面的字段將從新的存儲(chǔ)單元開始，其偏移量為其類型大小的整數(shù)倍；

3) 如果相鄰的位域字段的類型不同，從新的存儲(chǔ)單元開始，偏移量為其類型大小的整數(shù)倍，即不壓縮；（各編譯器的具體實(shí)現(xiàn)有差異，VC6采取不壓縮方式，Dev-??

? ? ?C++采取壓縮方式）

4) 如果位域字段之間穿插著非位域字段，則不進(jìn)行壓縮；

5)?整個(gè)結(jié)構(gòu)體的總大小為最寬基本類型成員大小的整數(shù)倍。

例題：

（1）typedef?struct??AA
{
???????unsigned?int?b1:5;
???????unsigned?int?b2:5;
???????unsigned?int?b3:5;
???????unsigned?int?b4:5;
???????unsigned?int?b5:5;
}AA;

sizeof(AA)= 4?

【解析】參考規(guī)則 1)。由于相鄰成員類型相同，unsigned?int為 4 個(gè)字節(jié)，b1占5位，b2加上b1的位數(shù)之和為10位，不超過(guò)4字節(jié)，因此b2接著b1繼續(xù)存儲(chǔ)；

? ? ? 同理b3、b4、b5的類型相同，位數(shù)之和不超過(guò)4字節(jié)，因此接著b2繼續(xù)存儲(chǔ)，總位數(shù)為25位。

? ? ? 由于結(jié)構(gòu)體的大小是最寬類型成員的整數(shù)倍，因此25位之后的補(bǔ)0，直到補(bǔ)滿4字節(jié)。

（2）typedef?struct??AA
{
???????unsigned?int?b1:5;
???????unsigned?int?b2:5;
???????unsigned?int?b3:5;
???????unsigned?int?b4:5;
???????unsigned?int?b5:5;
???????unsigned?int?b6:5;
???????unsigned?int?b7:5;
}AA;
? ?sizeof(AA)= 8?

【解析】參考規(guī)則 1) 和規(guī)則 2) 。由于相鄰成員類型相同，unsigned?int為 4 個(gè)字節(jié)（32位），當(dāng)存儲(chǔ)到 b7 時(shí)，b7和b6之前的位數(shù)相加超過(guò)4字節(jié)，

因此b7從新的存儲(chǔ)單元開始存儲(chǔ)。

即b1~b6?存儲(chǔ)在 第0~29位，第30、31位補(bǔ)0，b7從下一個(gè) 4字節(jié)存儲(chǔ)單元 開始存儲(chǔ)5位，剩下的補(bǔ)0。

?（3）struct test1

{

char a:1;

char :2;

long b:3;

char c:2;

};

?sizeof(test1)= 12

【解析】　

char a：1；　//用一個(gè)字節(jié)去存儲(chǔ)

char ：2；　 //空域。因?yàn)榕c前面的a的類型相同，而兩個(gè)位域的位寬相加仍然少于8位，所以依然用1個(gè)字節(jié)表示

long b：3； //long類型的位寬是4個(gè)字節(jié)，與前面的char類型不同，所以b與a之間偏移4個(gè)字節(jié)，它們之間自動(dòng)補(bǔ)充3個(gè)字節(jié)　

char c：2； //因?yàn)閏與b又不同型，以test1中的最長(zhǎng)的long類型的位寬進(jìn)行偏移，所以雖然char只用1個(gè)字節(jié)就夠了，但依然要占4個(gè)字節(jié)。

結(jié)構(gòu)體總長(zhǎng)以最長(zhǎng)的類型位寬做為偏移量，最長(zhǎng)的是long型，占4位，所以不同類型之間應(yīng)該是4個(gè)字節(jié)的偏移，即test1應(yīng)該是4字節(jié)的整數(shù)倍。　

總共是12字節(jié)。