字节对齐介绍

Question

什么是字节对齐

内存的基本单位是 byte，64 位处理器一次可以提取 8byte(64 位）数据，32 位处理器一次读取 4byte(32 位）数据，这样计算机就会对基本的数据类型的合法地址做出一些限制，| A B C D E F G H | I G K L M M O P |。

如果希望读取 A B C D E F G H 那么读取一次就可以, I G K L M M O P 亦然，若希望读取 F G H I G K L M 那么一次读取是不可行的.必须读取两次才能得到.

对齐的规则

• 结构体变量的首地址能被对齐字节数大小整除
• 结构体每个成员相对结构体首地址的偏移都是成员大小的整数倍，如果不满足则在前一个成员结束地址后填充字节使之满足条件。
• 结构体的总大小为结构体对齐字节数大小的整数倍，如不满足最后填充字节使之满足条件。

为什么要字节对齐?

• 减少 CPU 访问内存的执行次数，提高内存系统性能，如果不对齐的情况下，如上例中读取 F G H I G K L M ,这时需要读取两次。
• 程序在某些处理器会出现意想不到的 crash。

如何对齐

• 尝试调整成员变量顺序,使之自己对齐
• 通过填充（缺点: 不同平台下需要填充的字节可能不一样）

跨平台通信

不同平台的对齐方式可能不同，所以通信时可能会发生错乱

• 可以使用 #pragma pack(N)（N 字节对齐）

#pragma pack(N) //设置 N 字节对齐
#pragma pack()  //还原默认对齐

• 使用 gcc 的 __attribute__

__attribute__((aligned (n))) //让所作用的结构成员对齐在 n 字节自然边界上。如果结构中有成员的长度大于 n，则按照最大成员的长度来对齐。
__attribute__ ((packed)) //取消结构在编译过程中的优化对齐，也可以认为是 1 字节对齐。

• 填充（要根据不同平台填充不同的长度）

总结

• 结构体成员变量合理安排位置会节省空间提高性能
• 跨平台的情况下可以考虑 1 字节对齐，节省了空间但是影响访问性能
• 进行填充使之满足字节对齐的条件在不同平台需要填充不同的长度