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内存对齐与内存分配原则
阅读量:4221 次
发布时间:2019-05-26

本文共 2817 字,大约阅读时间需要 9 分钟。

首先讲一个概念—-内存对齐

一种提高内存访问速度的策略,cpu在访问未对其的内存需要经过两次内存访问,而经过内存对齐一次就可以了。(?)

打个比方就是:操作系统在访问内存时,每次读取一定的长度(这个长度是系统默认的对其系数),程序中你也可以自己设定对齐系数,告诉编译器你想怎么对齐,可用#pargam pack(n),指定n为对其系数。但是当没有了内存对齐,cpu在访问一个变量时候,可能会访问两次,为什么呢?

32位cpu一次能最多处理的信息是32bit位,如果你没有指定对齐,我们假设这样的数据结构在内存中存在的情况,这也是我们后面要讨论的结构

typedef strutc test{    char a;    int b;    char c;}

对应的在内存中存放的方式可能是这样(假定32位下):

这里写图片描述

那么,这样一来,取得这个int型变量需要经过两次的寻址拼凑成一个完整的4字节的数。这个过程还涉及到cpu指令集调用和总线的读写操作,如果真是没有对齐的话,效率会差到不知道哪儿去了。

所以这个内存对齐是必须遵守的,为了提高cpu访问效率和速度。

继续引入另外一个概念:内存的自然对齐:每一种数据类型都必须放在地址中的整数倍上

举个例子如下:
地址4可以放char(1)类型,可以放int(4)型,可以放short(2)型,但是不能存放double(8)型,仅仅因为4不是8的整数倍。
地址3能存放char型,但是其他int,short,double都不能存放。
有一个特殊地址,就是0,它可以是任何类型的整数倍,所以可以存放任何数据。
根据这个规则,那么在分配一大块包含很多变量的内存的时候,会产生很多碎片,具体到下面分析

接下来,我们对这个结构体来进行一个分析:

#include
#include
typedef strutc test{ char a; int b; double c; char d;} int main(void){ STU s; printf("s的大小是 = %d\n",(int)sizeof(STU)); printf("s中a的起始地址是 %p\n",&(s.a)); printf("s中b的起始地址是 %p\n",&(s.b)); printf("s中c的起始地址是 %p\n",&(s.c)); printf("s中d的起始地址是 %p\n",&(s.d)); return 0;}/*64位下s的大小是 = 24s中a的起始地址是 0x7ffd01319d10s中b的起始地址是 0x7ffd01319d14s中c的起始地址是 0x7ffd01319d18s中d的起始地址是 0x7ffd01319d20*/

依照简单的4字节对齐(gcc默认是4字节对齐),首先的char在0上(其实也就是某个4的整数倍数上),之后int b在地址4上,一直延续到8,double c就在地址8上,之后sizeof必须是8的整数倍,之前是4+4+8 == 16,那这个char就只能存入一个8大小的内存中了,也就是4+4+8+8 == 24

为什么这么算呢?

开始的可以根据内存的自然对齐求得,最后的char补7个空白是因为结构体的总大小,必须要是其内部最大成员的整数倍,不足的要补齐,像这里就是double 8个字节的整数倍,所以给最后的d补上了7个空白空间。这也是内存分配的3个原则之一。

关于内存分配的其他两个规则如下:

1.结构体或union联合的数据成员,第一个数据成员是要放在offset == 0的地方,如果遇上子成员,要根据子成员的类型存放在对应的整数倍的地址上
2.如果结构体作为成员,则要找到这个结构体中的最大元素,然后从这个最大成员的整数倍地址开始存储(strutc a中有一个struct b,b里面有char,int,double….那b应该从8的整数倍开始存储)

还需要注意一点:

typedef struct stu{    char a;    int b;    char ex;    double c;    char d;}STU;printf("STU的大小是 = %d\n",(int)sizeof(STU));  /*32位输出STU的大小是 = 24*//*64位输出STU的大小是 = 32*/

计算一下出来的结果和输出是否正确:

32位:a( 4 )+b( 4 )+ex( 4 )+c( 4+4 )+d( 4 ) == 24
64位:a( 4 )+b( 4 )+ex( 8 )+c( 8 )+d( 8 ) == 32

而为什么会出现这样的结果呢?准确一点为什么32位中的double变成了2个4字节而不是一个8?

这需要结合之前说的内存的自然对齐,我们知道char遇到int型,产生3个空白,遇上double要产生7个空白。而这里32位中的char遇上double却只是产生了3个空白,是因为32位限制了一次只能读入4个字节数据处理,也就是说8字节的double被分成了2个4字节字符被处理,也可以说死了,32位平台下就定死了4字节对齐(当然你可以设定更小,但是没什么意义),接着说结构体,那结构体中最大的数就是4字节的了,sizeof(STU)也只需要遵守是4的整数倍即可。最后得到24字节。

64位就按正常的计算。

最后贴上这一段代码,是下面参考博文中某个作者总结的一段,只要能看懂这段代码就大抵上全部理解3个内存对其和分配原则了

typedef struct bb{ int id;             //[0]....[3] double weight;      //[8].....[15]      原则1 float height;      //[16]..[19],总长要为8的整数倍,补齐[20]...[23]     原则3}BB;typedef struct aa{ char name[2];     //[0],[1] int  id;         //[4]...[7]          原则1 double score;     //[8]....[15]     short grade;    //[16],[17]         BB b;             //[24]......[47]          原则2}AA;int main(){  AA a;  cout<
<<" "<
<

总结

内存对齐的目的和好处
内存自然对其的概念
内存对齐(分配)的3个原则

有什么错误还请指出

参考博文链接:

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