C++类内存字节对齐

2021-02-21

内存对齐的两个基本原则是首地址偏移量需要是min（对齐单位，成员字节数）的倍数，总字节数需要是对齐单位倍数。

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内存对齐的必要性

虽然内存以字节为单位进行保存，但处理器寄存器一次性读取数据可能按照双字节、4字节、8字节等进行读取。32位系统的存取粒度是4字节，64位系统的存取力度是8字节。考虑32位系统下从地址1开始存放一个int，那么处理器需要读取两次数据，并且经过两次移位，一次拼接完成int的读取，这些导致数据读取速度的下降。内存对齐牺牲一定的存储空间，来换取更快的内存访问速度。

内存对齐规则

对齐模数

对齐模数：每个平台下的不同编译器都有自己默认的对齐模数，win 64 gcc32的默认对齐模数是8，centos64 gcc64默认对齐模数也是8。可以通过预编译命令#pragma pack(n)进行修改；
对齐单位：min（对齐模数，max（类中数据成员字节数））

对齐规则

第一个类成员首地址offset为0，之后每个成员首地址offset是min（对齐单位，该成员字节数）的整数倍，如有需要编译器会进行字节填充；
类总字节数是对齐单位整数倍，如有需要编译器会进行字节填充。

例子（win10 gcc32 环境，默认对齐模数是8）

#include<iostream>
struct B
{
    int x; // 4 Bytes
    double y; // 8 Bytes
    char z; // 类B中占据8 Bytes,作为类C成员占据4 Bytes
    void f0() {}
    virtual void f1() {} // 4 Bytes
};

struct C
{
    B b; // 4 Bytes
    void f0() {}
    virtual void f1c() {} // 4 Bytes
};
int main()
{
    std::cout<<sizeof(B)<<std::endl; // 24 Bytes
    std::cout<<sizeof(C)<<std::endl; // 32 Bytes
    return 0;
}

B的内存分布 24字节

| 虚表指针4字节 | x 4字节 | y 8字节 | z 1字节 填充7字节 |

C的内存分布 32字节