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2012年(4)

2011年(6)

分类: C/C++

2012-02-28 11:04:47

5分钟搞定内存字节对齐

转载:http://blog.csdn.net/hairetz/archive/2009/04/16/4084088.aspx

请牢记以下3条原则:(在没有#pragma pack宏的情况下)

1:数据成员对齐规则:结构(struct)(或联合(union))的数据成员,第一个数据成员放在offset为0的地方,以后每个数据成员存储的起始位置要从该成员大小的整数倍开始(比如int在32位机为4字节,则要从4的整数倍地址开始存储。

2:结构体作为成员:如果一个结构里有某些结构体成员,则结构体成员要从其内部最大元素大小的整数倍地址开始存储.(struct a里存有struct b,b里有char,int ,double等元素,那b应该从8的整数倍开始存储.)

3:收尾工作:结构体的总大小,也就是sizeof的结果,.必须是其内部最大成员的整数倍.不足的要补齐.

等你看完此3条原则,2分钟已经过去,抓紧时间,实战3分钟:

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<   return 0;
}

结果是

48 24
ok,上面的全看明白了,内存对齐基本过关.

再讲讲#pragma pack().

在代码前加一句#pragma pack(1),你会很高兴的发现,上面的代码输出为

32 16
bb是4+8+4=16,aa是2+4+8+2+16=32;

这不是理想中的没有内存对齐的世界吗.没错,#pragma pack(1),告诉编译器,所有的对齐都按照1的整数倍对齐,换句话说就是没有对齐规则.

明白了不?

那#pragma pack(2)的结果又是多少呢?对不起,5分钟到了,自己去测试吧.

 

 

 

 

===============================================================

一会搞定union内存字节对齐

也是转载一个论坛的回复:

其实union(共用体)的各个成员是以同一个地址开始存放的,每一个时刻只可以存储一个成员,这样就要求它在分配内存单元时候要满足两点:  
  1.一般而言,共用体类型实际占用存储空间为其最长的成员所占的存储空间;  
  2.若是该最长的存储空间对其他成员的元类型(如果是数组,取其类型的数据长度,例int   a[5]为4)不满足整除关系,该最大空间自动延伸;  
   
  我们来看看这段代码:  
  union   mm{  
  char   a;//元长度1  
  int   b[5];//元长度4  
  double   c;//元长度8  
  int   d[3];  
  };  
  本来mm的空间应该是sizeof(int)*5=20;但是如果只是20个单元的话,那可以存几个double型(8位)呢?两个半?当然不可以,所以mm的空间延伸为既要大于20,又要满足其他成员所需空间的整数倍,即24  
   
  所以union的存储空间先看它的成员中哪个占的空间最大,拿他与其他成员的元长度比较,如果可以整除,ok



v\:* {behavior:url(#default#VML);} o\:* {behavior:url(#default#VML);} w\:* {behavior:url(#default#VML);} .shape {behavior:url(#default#VML);} Normal 0 7.8 磅 0 2 false false false EN-US ZH-CN X-NONE MicrosoftInternetExplorer4 /* Style Definitions */ table.MsoNormalTable {mso-style-name:普通表格; mso-tstyle-rowband-size:0; mso-tstyle-colband-size:0; mso-style-noshow:yes; mso-style-priority:99; mso-style-qformat:yes; mso-style-parent:""; mso-padding-alt:0cm 5.4pt 0cm 5.4pt; mso-para-margin:0cm; mso-para-margin-bottom:.0001pt; mso-pagination:widow-orphan; font-size:10.5pt; mso-bidi-font-size:11.0pt; font-family:"Calibri","sans-serif"; mso-ascii-font-family:Calibri; mso-ascii-theme-font:minor-latin; mso-fareast-font-family:宋体; mso-fareast-theme-font:minor-fareast; mso-hansi-font-family:Calibri; mso-hansi-theme-font:minor-latin; mso-bidi-font-family:"Times New Roman"; mso-bidi-theme-font:minor-bidi; mso-font-kerning:1.0pt;}

struct的成员对齐
  Intel、微软等公司曾经出过一道类似的面试题:

 

1. i nclude

 

2. #pragma pack(8)
3. struct example1
4. {
5. short a;
6. long b;
7. };

 

8. struct example2
9. {
10. char c;
11. example1 struct1;
12. short e;   
13. };
14. #pragma pack()

 

15. int main(int argc, char* argv[])
16. {
17. example2 struct2;

 

18. cout << sizeof(example1) << endl;
19. cout << sizeof(example2) << endl;
20. cout << (unsigned int)(&struct2.struct1) - (unsigned int)(&struct2)
<< endl;

 

21. return 0;
22. }
  问程序的输入结果是什么?

 

  答案是:

 

8
16
4

 

  不明白?还是不明白?下面一一道来:

 

2.1 自然对界

 

  struct是一种复合数据类型,其构成元素既可以是基本数据类型(如intlongfloat等)的变量,也可以是一些复合数据类型(如 arraystructunion等)的数据单元。对于结构体,编译器会自动进行成员变量的对齐,以提高运算效率。缺省情况下,编译器为结构体的每个 成员按其自然对界(natural alignment)条件分配空间。各个成员按照它们被声明的顺序在内存中顺序存储,第一个成员的地址和整个结构的地址相同。

 

  自然对界(natural alignment)即默认对齐方式,是指按结构体的成员中size最大的成员对齐。

 

  例如:

 

struct naturalalign
{
char a;
short b;
char c;
};
  在上述结构体中,size最大的是short,其长度为2字节,因而结构体中的char成员ac都以2为单位对齐,sizeof(naturalalign)的结果等于6

 

  如果改为:

 

struct naturalalign
{
char a;
int b;
char c;
};
  其结果显然为12

 

2.2指定对界

 

  一般地,可以通过下面的方法来改变缺省的对界条件:

 

  · 使用伪指令#pragma pack (n),编译器将按照n个字节对齐;
  · 使用伪指令#pragma pack (),取消自定义字节对齐方式。

 

  注意:如果#pragma pack (n)中指定的n大于结构体中最大成员的size,则其不起作用,结构体仍然按照size最大的成员进行对界。

 

  例如:

 

#pragma pack (n)
struct naturalalign
{
char a;
int b;
char c;
};
#pragma pack ()
  当n4816时,其对齐方式均一样,sizeof(naturalalign)的结果都等于12。而当n2时,其发挥了作用,使得sizeof(naturalalign)的结果为8

 

  在VC++ 6.0编译器中,我们可以指定其对界方式,其操作方式为依次选择projetct >setting > C/C++菜单,在struct member alignment中指定你要的对界方式。

v\:* {behavior:url(#default#VML);} o\:* {behavior:url(#default#VML);} w\:* {behavior:url(#default#VML);} .shape {behavior:url(#default#VML);} Normal 0 7.8 磅 0 2 false false false EN-US ZH-CN X-NONE MicrosoftInternetExplorer4 /* Style Definitions */ table.MsoNormalTable {mso-style-name:普通表格; mso-tstyle-rowband-size:0; mso-tstyle-colband-size:0; mso-style-noshow:yes; mso-style-priority:99; mso-style-qformat:yes; mso-style-parent:""; mso-padding-alt:0cm 5.4pt 0cm 5.4pt; mso-para-margin:0cm; mso-para-margin-bottom:.0001pt; mso-pagination:widow-orphan; font-size:10.5pt; mso-bidi-font-size:11.0pt; font-family:"Calibri","sans-serif"; mso-ascii-font-family:Calibri; mso-ascii-theme-font:minor-latin; mso-fareast-font-family:宋体; mso-fareast-theme-font:minor-fareast; mso-hansi-font-family:Calibri; mso-hansi-theme-font:minor-latin; mso-bidi-font-family:"Times New Roman"; mso-bidi-theme-font:minor-bidi; mso-font-kerning:1.0pt;}

                               

  另外,通过__attribute((aligned (n)))也可以让所作用的结构体成员对齐在n字节边界上,但是它较少被使用,因而不作详细讲解。

 

2.3 面试题的解答

 

  至此,我们可以对Intel、微软的面试题进行全面的解答。

 

  程序中第2#pragma pack (8)虽然指定了对界为8,但是由于struct example1中的成员最大size4long变量size4),故struct example1仍然按4字节对界,struct example1size8,即第18行的输出结果;

 

  struct example2中包含了struct example1,其本身包含的简单数据成员的最大size2short变量e),但是因为其包含了struct example1,而struct example1中的最大成员size4struct example2也应以4对界,#pragma pack (8)中指定的对界对struct example2也不起作用,故19行的输出结果为16

 

  由于struct example2中的成员以4为单位对界,故其char变量c后应补充3个空,其后才是成员struct1的内存空间,20行的输出结果为4

 


3. C
C++struct的深层区别
  在C++语言中struct具有了 的功能,其与关键字class的区别在于struct中成员变量和函数的默认访问权限为public,而class的为private

 

  例如,定义struct类和class类:

 

struct structA
{
char a;

}
class classB
{
      char a;
      …
}
  则:

 

struct A a;
a.a = 'a';    //
访问public成员,合法
classB b;
b.a = 'a';    //
访问private成员,不合法
  许多文献写到这里就认为已经给出了C++structclass的全部区别,实则不然,另外一点需要注意的是:

 

  C++中的struct保持了对Cstruct的全面兼容(这符合C++的初衷——“a better c”),因而,下面的操作是合法的:

 

//定义struct
struct structA
{
char a;
char b;
int c;
};
structA a = {'a' , 'a' ,1};    // 
定义时直接赋初值
  即struct可以在定义的时候直接以{ }对其成员变量赋初值,而class则不能,在经典书目《thinking C++ 2nd edition》中作者对此点进行了强调。

 

4. struct编程注意事项
  看看下面的程序:

 

1. i nclude

 

2. struct structA
3. {
4. int iMember;
5. char *cMember;
6. };

 

7. int main(int argc, char* argv[])
8. {
9. structA instant1,instant2;
10.char c = 'a';
   
11. instant1.iMember = 1;
12. instant1.cMember = &c;

 

13.instant2 = instant1;

 

14.cout << *(instant1.cMember) << endl;

 

15.*(instant2.cMember) = 'b';

 

16. cout << *(instant1.cMember) << endl;

 

17. return 0;
}
  14行的输出结果是:a
  16行的输出结果是:b

 

  Why?我们在15行对instant2的修改改变了instant1中成员的值!

 

  原因在于13行的instant2 = instant1赋值语句采用的是变量逐个拷贝,这使得instant1instant2中的cMember指向了同一片内存,因而对instant2的修改也是对instant1的修改。

 

  在C语言中,当结构体中存在指针型成员时,一定要注意在采用赋值语句时是否将2个实例中的指针型成员指向了同一片内存。

 

  在C++语言中,当结构体中存在指针型成员时,我们需要重写struct的拷贝构造函数并进行“=”操作符重载。

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c语言中的结构(struct)和联合(union)简介

看到有朋友介绍union,我以前还没有用过这个东西呢,也不懂,就去搜了点资料来看,也转给大家,希望坛子里的给予改正或补充。谢谢!


                (union)
  1. 联合说明和联合变量定义
  联合也是一种新的数据类型, 它是一种特殊形式的变量。
  联合说明和联合变量定义与结构十分相似。其形式为:
  union 联合名{
      数据类型 成员名;
      数据类型 成员名;
      ...
  } 联合变量名;
  联合表示几个变量公用一个内存位置, 在不同的时间保存不同的数据类型 和不同长度的变量。
  下例表示说明一个联合a_bc:
  union a_bc{
      int i;
      char mm;
  };
  再用已说明的联合可定义联合变量。
  例如用上面说明的联合定义一个名为lgc的联合变量, 可写成:
    union a_bc lgc;
  在联合变量lgc, 整型量i和字符mm公用同一内存位置。
  当一个联合被说明时, 编译程序自动地产生一个变量, 其长度为联合中最大的变量长度。
  联合访问其成员的方法与结构相同。同样联合变量也可以定义成数组或指针,但定义为指针时, 也要用"->;"符号, 此时联合访问成员可表示成:
  联合名->;成员名
  另外, 联合既可以出现在结构内, 它的成员也可以是结构。
  例如:
  struct{
      int age;
      char *addr;
      union{
          int i;
          char *ch;
      }x;
  }y[10];
  若要访问结构变量y[1]中联合x的成员i, 可以写成:
    y[1].x.i;
  若要访问结构变量y[2]中联合x的字符串指针ch的第一个字符可写成:
    *y[2].x.ch;
  若写成"y[2].x.*ch;"是错误的。

  2. 结构和联合的区别
  结构和联合有下列区别:
  1. 结构和联合都是由多个不同的数据类型成员组成, 但在任何同一时刻, 联合转只存放了一个被选中的成员, 而结构的所有成员都存在。
  2. 对于联合的不同成员赋值, 将会对其它成员重写, 原来成员的值就不存在了, 而对于结构的不同成员赋值是互不影响的。
  下面举一个例了来加对深联合的理解。
  4:
main()
{
  union{             /*定义一个联合*/
  int i;
  struct{         /*在联合中定义一个结构*/
        char first;
        char second;
        }half;
  }number;

  number.i=0x4241;       /*联合成员赋值*/
  printf("%c%c\n", number.half.first, mumber.half.second);
  number.half.first='a';   /*联合中结构成员赋值*/
  number.half.second='b';
  printf("%x\n", number.i);
  getch();
}
  输出结果为:
  AB
  6261
  从上例结果可以看出: 当给i赋值后, 其低八位也就是firstsecond的值;当给firstsecond赋字符后, 这两个字符的ASCII码也将作为i 的低八位和高八位。

原文:http://blog.csdn.net/vincent_1011/article/details/4479965

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