热门标签 | HotTags
当前位置:  开发笔记 > 编程语言 > 正文

深入解析C语言中结构体的内存对齐机制及其优化方法

为了提高CPU访问效率,C语言中的结构体成员在内存中遵循特定的对齐规则。本文详细解析了这些对齐机制,并探讨了如何通过合理的布局和编译器选项来优化结构体的内存使用,从而提升程序性能。

2019独角兽企业重金招聘Python工程师标准>>> hot3.png

为了让CPU能够更舒服地访问到变量,struct中的各成员变量的存储地址有一套对齐的机制。这个机制概括起来有两点:第一,每个成员变量的首地址,必须是它的类型的对齐值的整数倍,如果不满足,它与前一个成员变量之间要填充(padding)一些无意义的字节来满足;第二,整个struct的大小,必须是该struct中所有成员的类型中对齐值最大者的整数倍,如果不满足,在最后一个成员后面填充。

各种类型的变量的align值如下,参考的是wikipedia的页面:Data structure alignment

The following typical alignments are valid for compilers from Microsoft, Borland, and GNUwhen compiling for 32-bit x86:

  • char (one byte) will be 1-byte aligned.
  • short (two bytes) will be 2-byte aligned.
  • An int (four bytes) will be 4-byte aligned.
  • float (four bytes) will be 4-byte aligned.
  • double (eight bytes) will be 8-byte aligned on Windows and 4-byte aligned on Linux.
  • long double (twelve bytes) will be 4-byte aligned on Linux.
  • Any pointer (four bytes) will be 4-byte aligned on Linux. (eg: char*, int*)

The only notable difference in alignment for a 64-bit linux system when compared to a 32 bit is:

  • double (eight bytes) will be 8-byte aligned.
  • long double (Sixteen bytes) will be 16-byte aligned.
  • Any pointer (eight bytes) will be 8-byte aligned.


这里写了个程序来验证这些事:

#include struct s {char a;short b;char c;double d;char e;
};int main() {struct s s1;printf("%d, %d, %d, %d, %d\n",(char*)(&s1.a) - (char*)(&s1),(char*)(&s1.b) - (char*)(&s1),(char*)(&s1.c) - (char*)(&s1),(char*)(&s1.d) - (char*)(&s1),(char*)(&s1.e) - (char*)(&s1));printf("%d\n", sizeof(struct s));return 0;
}

在64位linux下面运行这段代码的结果是:

0, 2, 4, 8, 16
24

由于对齐机制的存在,实际上上面的struct在内存中是长这个样子的,共计24个字节:

struct s {char a; //在地址为0的位置char padding1[1]; //由于下面一个元素是short,对齐字节数为2的位数,需要补1字节short b; //对齐到了地址为2的位置char c; //在地址为4的位置char padding2[3]; //由于下面一个元素是double,对齐字节数为8的倍数,需要补3字节double d; //对齐到了地址为8的位置char e; //在地址为16的位置char padding3[7]; //整个struct的大小需要是对齐数最大者,也就是double的8字节的整数倍
};

如果是在32位的linux下跑上面的程序,由于double的长度还是8字节,但是对齐是4字节的了,所以前面几个成员的位置不变,而最后的padding只需要补3个字节就可以了,所以输出的结果是0, 2, 4, 8, 16及20.

对于windows,其32位和64位下double都是8字节对齐的,所以在32位和64位下跑这个程序结果都是0, 2, 4, 8, 16及24.

最后,整个struct的大小的要求是对齐值最大者的整数倍,没有什么默认的4或者8的倍数一说。如果把上面程序中的a,b,c,d,e的类型全变成char,那么最后的他们的地址会是0,1,2,3,4,整个struct的大小 sizeof(struct s)的值是5,没有任何padding发生。

以上程序实验的环境在64位centos x64上的gcc 4.1.2(32位结果加-m32参数)及Visual Studio 2008上得出。


转:https://my.oschina.net/scriptboy/blog/61575



推荐阅读
  • 基于KVM的SRIOV直通配置及性能测试
    SRIOV介绍、VF直通配置,以及包转发率性能测试小慢哥的原创文章,欢迎转载目录?1.SRIOV介绍?2.环境说明?3.开启SRIOV?4.生成VF?5.VF ... [详细]
  • golang常用库:配置文件解析库/管理工具viper使用
    golang常用库:配置文件解析库管理工具-viper使用-一、viper简介viper配置管理解析库,是由大神SteveFrancia开发,他在google领导着golang的 ... [详细]
  • 深入解析TCP/IP五层协议
    本文详细介绍了TCP/IP五层协议模型,包括物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层。每层的功能及其相互关系将被逐一解释,帮助读者理解互联网通信的原理。此外,还特别讨论了UDP和TCP协议的特点以及三次握手、四次挥手的过程。 ... [详细]
  • 优化ListView性能
    本文深入探讨了如何通过多种技术手段优化ListView的性能,包括视图复用、ViewHolder模式、分批加载数据、图片优化及内存管理等。这些方法能够显著提升应用的响应速度和用户体验。 ... [详细]
  • 本文基于刘洪波老师的《英文词根词缀精讲》,深入探讨了多个重要词根词缀的起源及其相关词汇,帮助读者更好地理解和记忆英语单词。 ... [详细]
  • UNP 第9章:主机名与地址转换
    本章探讨了用于在主机名和数值地址之间进行转换的函数,如gethostbyname和gethostbyaddr。此外,还介绍了getservbyname和getservbyport函数,用于在服务器名和端口号之间进行转换。 ... [详细]
  • 深入探讨CPU虚拟化与KVM内存管理
    本文详细介绍了现代服务器架构中的CPU虚拟化技术,包括SMP、NUMA和MPP三种多处理器结构,并深入探讨了KVM的内存虚拟化机制。通过对比不同架构的特点和应用场景,帮助读者理解如何选择最适合的架构以优化性能。 ... [详细]
  • 在金融和会计领域,准确无误地填写票据和结算凭证至关重要。这些文件不仅是支付结算和现金收付的重要依据,还直接关系到交易的安全性和准确性。本文介绍了一种使用C语言实现小写金额转换为大写金额的方法,确保数据的标准化和规范化。 ... [详细]
  • ImmutableX Poised to Pioneer Web3 Gaming Revolution
    ImmutableX is set to spearhead the evolution of Web3 gaming, with its innovative technologies and strategic partnerships driving significant advancements in the industry. ... [详细]
  • 扫描线三巨头 hdu1928hdu 1255  hdu 1542 [POJ 1151]
    学习链接:http:blog.csdn.netlwt36articledetails48908031学习扫描线主要学习的是一种扫描的思想,后期可以求解很 ... [详细]
  • 本文详细介绍了C语言中链表的两种动态创建方法——头插法和尾插法,包括具体的实现代码和运行示例。通过这些内容,读者可以更好地理解和掌握链表的基本操作。 ... [详细]
  • 本文详细介绍了如何在Ubuntu系统中下载适用于Intel处理器的64位版本,涵盖了不同Linux发行版对64位架构的不同命名方式,并提供了具体的下载链接和步骤。 ... [详细]
  • MySQL索引详解与优化
    本文深入探讨了MySQL中的索引机制,包括索引的基本概念、优势与劣势、分类及其实现原理,并详细介绍了索引的使用场景和优化技巧。通过具体示例,帮助读者更好地理解和应用索引以提升数据库性能。 ... [详细]
  • 本文探讨了 Spring Boot 应用程序在不同配置下支持的最大并发连接数,重点分析了内置服务器(如 Tomcat、Jetty 和 Undertow)的默认设置及其对性能的影响。 ... [详细]
  • 配置Windows操作系统以确保DAW(数字音频工作站)硬件和软件的高效运行可能是一个复杂且令人沮丧的过程。本文提供了一系列专业建议,帮助你优化Windows系统,确保录音和音频处理的流畅性。 ... [详细]
author-avatar
肉斯情-
这个家伙很懒,什么也没留下!
PHP1.CN | 中国最专业的PHP中文社区 | DevBox开发工具箱 | json解析格式化 |PHP资讯 | PHP教程 | 数据库技术 | 服务器技术 | 前端开发技术 | PHP框架 | 开发工具 | 在线工具
Copyright © 1998 - 2020 PHP1.CN. All Rights Reserved | 京公网安备 11010802041100号 | 京ICP备19059560号-4 | PHP1.CN 第一PHP社区 版权所有