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分类: C/C++

2011-03-24 13:10:23

考虑下面问题:(默认对齐方式)

union u
{
 double a;
 int b;
};

union u2
{
 char a[13];
 int b;
};

union u3
{
 char a[13];
 char b;
};

cout<<sizeof(u)<<endl; // 8

cout<<sizeof(u2)<<endl; // 16

cout<<sizeof(u3)<<endl;


都知道union的大小取决于它所有的成员中,占用空间最大的一个成员的大小。所以对于u来说,大小就是最大的double类型成员a了,所以 sizeof(u)=sizeof(double)=8。但是对于u2和u3,最大的空间都是char[13]类型的数组,为什么u3的大小是13,而 u2是16呢?关键在于u2中的成员int b。由于int类型成员的存在,使u2的对齐方式变成4,也就是说,u2的大小必须在4的对界上,所以占用的空间变成了16(最接近13的对界)。

  结论:复合数据类型,如union,struct,class的对齐方式为成员中对齐方式最大的成员的对齐方式。

   顺便提一下CPU对界问题,32的C++采用8位对界来提高运行速度,所以编译器会尽量把数据放在它的对界上以提高内存命中率。对界是可以更改的,使 用#pragma pack(x)宏可以改变编译器的对界方式,默认是8。C++固有类型的对界取编译器对界方式与自身大小中较小的一个。例如,指定编译器按2对界,int 类型的大小是4,则int的对界为2和4中较小的2。在默认的对界方式下,因为几乎所有的数据类型都不大于默认的对界方式8(除了long double),所以所有的固有类型的对界方式可以认为就是类型自身的大小。更改一下上面的程序:

#pragma pack(2)
union u2
{
 char a[13];
 int b;
};

union u3
{
 char a[13];
 char b;
};
#pragma pack(8)

cout<<sizeof(u2)<<endl; // 14

cout<<sizeof(u3)<<endl;


由于手动更改对界方式为2,所以int的对界也变成了2,u2的对界取成员中最大的对界,也是2了,所以此时sizeof(u2)=14。

  结论:C++固有类型的对界取编译器对界方式与自身大小中较小的一个。

  9、struct的sizeof问题

  因为对齐问题使结构体的sizeof变得比较复杂,看下面的例子:(默认对齐方式下)

struct s1
{
 char a;
 double b;
 int c;
 char d;
};

struct s2
{
 char a;
 char b;
 int c;
 double d;
};

cout<<sizeof(s1)<<endl; // 24

cout<<sizeof(s2)<<endl;


  同样是两个char类型,一个int类型,一个double类型,但是因为对界问题,导致他们的大小不同。计算结构体大小可以采用元素摆放法,我举例子说 明一下:首先,CPU判断结构体的对界,根据上一节的结论,s1和s2的对界都取最大的元素类型,也就是double类型的对界8。然后开始摆放每个元 素。

  对于s1,首先把a放到8的对界,假定是0,此时下一个空闲的地址是1,但是下一个元素d是double类型,要放到8的对界 上,离1最接近的地址是8了,所以d被放在了8,此时下一个空闲地址变成了16,下一个元素c的对界是4,16可以满足,所以c放在了16,此时下一个空 闲地址变成了20,下一个元素d需要对界1,也正好落在对界上,所以d放在了20,结构体在地址21处结束。由于s1的大小需要是8的倍数,所以 21-23的空间被保留,s1的大小变成了24。

  对于s2,首先把a放到8的对界,假定是0,此时下一个空闲地址是1,下一个元素的 对界也是1,所以b摆放在1,下一个空闲地址变成了2;下一个元素c的对界是4,所以取离2最近的地址4摆放c,下一个空闲地址变成了8,下一个元素d的 对界是8,所以d摆放在8,所有元素摆放完毕,结构体在15处结束,占用总空间为16,正好是8的倍数。

  这里有个陷阱,对于结构体中的结构体成员,不要认为它的对齐方式就是他的大小,看下面的例子:

struct s1
{
 char a[8];
};

struct s2
{
 double d;
};

struct s3
{
 s1 s;
 char a;
};

struct s4
{
 s2 s;
 char a;
};

cout<<sizeof(s1)<<endl; // 8

cout<<sizeof(s2)<<endl; // 8

cout<<sizeof(s3)<<endl; // 9

cout<<sizeof(s4)<<endl;


s1和s2大小虽然都是8,但是s1的对齐方式是1,s2是8(double),所以在s3和s4中才有这样的差异。

  所以,在自己定义结构体的时候,如果空间紧张的话,最好考虑对齐因素来排列结构体里的元素。

结论:struct 里面的元素是顺序存储的,每个元素占用的字节数根据对齐字节数N(struct 里占用字节最多的元素与CPU对齐字节数中较小的一个)进行调整.如果从左至右M个元素加起来的字节数大于N,则按从右至左舍去K个元素直至M-K个元素 加起来的字节数小于等于N,如果等于N则不用字节填充,小于N则把M-K-1的元素填充直至=N.

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