C/C++的内存对齐

1、内存对齐之pragma pack语法

语法：#pragma pack( [show] | [push | pop] [, identifier], n )
作用：指定结构，联合和类的包对齐方式（pack alignment），可以通知给编译器传递预编译指令而改变对指定数据的对齐方法

举个例子如下：

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {

#pragma pack(8) // 指定对齐大小为8
    struct TEST_A
    {
    	// 实际对齐大小为min(sizeof(int),8)=min(4,8)=4,编译器会确保TEST_A首地址即a的地首址是4字节对齐的，此时a对齐
        int a;
        // 实际对齐大小为min(sizeof(char),8)=min(1,8)=1,由于b要求首地址1字节对齐，这显然对于任何地址都合适，所以a,b都是对齐的
        char b;
        // 这是一个数组，数组的对齐大小与其单元一致，因而align(c)=align(double)=min(sizeof(double),8)=min(8,8)=8,
        // 由于c要求首地址8字节对齐，因此前面的a+b=5，还要在c后面补上3个字节才能对齐
        // (注意：此处不仅要确保下一个TEST_A的a,b变量对齐，还要确保c也对齐，所以这里不是填充3字节，而是填充7字节）
        double c[10];
        char d; // 实际对齐大小为min(sizeof(char),8)=min(1,8)=1,任何地址均对齐
    };
#pragma  pack()

	cout << sizeof(TEST_A) << endl; // 整个结构体的大小为(4)+(1+3)+(10*8)+(1+7)=96
	return 0;
}

再举个例子，如下：

#pragma pack(4)
	struct TEST_B
	{
		char a;
		short b;
		int c;
		float d;
		int *e;
		char *f;
		double g;
	};
#pragma pack()
	cout << sizeof(TEST_B) << endl; // 整个结构体的大小为(1+1)+(2)+(4)+(4)+(8)+(8)+(8)=36

当按4字节对齐时是36，而按8字节对齐时需要40　

2、基本数据类型所占用内存大小

本章的实例都运行在64bit的ubuntu系统下。

3、静态变量static

静态变量的存放位置与结构体实例的存储地址无关，是单独存放在静态数据区的，因此用siezof计算其大小时没有将静态成员所占的空间计算进来。

4、类

空类是会占用内存空间的，而且大小是1，原因是C++要求每个实例在内存中都有独一无二的地址。

（一）类内部的成员变量：

• 普通的变量要占用内存，但是要注意对齐原则（这点和struct类型很相似）。
• static修饰的静态变量不占用内容，原因是编译器将其放在全局变量区。

（二）类内部的成员函数：

• 普通函数不占用内存。
• 虚函数要占用8个字节，用来指定虚函数的虚拟函数表的入口地址。所以一个类的虚函数所占用的地址是不变的，和虚函数的个数是没有关系的

举个例子，如下：

#pragma pack(4)
	class ClassA { };
#pragma pack()
	cout << sizeof(ClassA) << endl; // 1

再举个例子，如下：　　

#pragma pack(4)
	class ClassB {
	private:
		char a;
		short b;
		int c;
	public:
		void fOut() {
			cout << "hello" << endl;
		}
	};

	cout << sizeof(ClassB) << endl; // 输出8，普通函数不占用内存空间　

当将fOut()函数加上virutal关键字变为虚函数时，输出为16，再添加新的虚函数时，分配的内存空间也不会增加。

5、子类

子类所占内存大小是父类+自身成员变量的值。特别注意的是，子类与父类共享同一个虚函数指针，因此当子类新声明一个虚函数时，不必再保存虚函数表指针入口。

#pragma pack(4)
	class BaseClass {
	private:
		char a;
		short b;
		int c;
	public:
		virtual void fOut() {
			cout << "virtual 1" << endl;
		}
	};

	class SubClass: public BaseClass {
	private:
		int n;
	public:
		virtual void fPut() {
			cout << "virtual 2";
		}
	};

	cout << sizeof(SubClass) << endl; // 输出20

　　

扩展：

不想要字节对齐的时候，有没有办法取消字节对齐？答案是可以，就是在结构体声明当中，加上__attribute__ ((__packed__))关键字，它可以做到让我们的结构体，按照紧凑排列的方式，占用内存。来段实际代码：

#include <stdio.h>
#include <iostream>

using namespace std;

struct test1 {
char c;
int i;
};

struct __attribute__ ((__packed__)) test2 {
char c;
int i;
};

int main()
{
cout << "size of test1:" << sizeof(struct test1) << endl; // 输出结果为8
cout << "size of test2:" << sizeof(struct test2) << endl; // 输出结果为5
}　

test1结构体里面没有加关键字，它采用了4字节对齐的方式，即使是一个char变量，也占用了4字节内存，int占用4字节，共占用了8字节内存，这在64位机器当中将会更大。
而test2结构体，再加上关键字之后，结构体内的变量采用内存紧凑的方式排列，char类型占用1字节，int占用4字节，总共占用了5个字节的内存。
数据结构的对齐的问题。为了让我们的数据结构以最优的方式存储，处理，保证读写数据结构都一一对齐，我们往往采用3种方式：

1.程序作者，手动对齐，将数据按从小到大的顺序排列，尽量凑齐。

2.使用#pragma pack (n)来指定数据结构的对齐值。

3.使用 __attribute__ ((packed)) ，让编译器取消结构在编译过程中的优化对齐,按照实际占用字节数进行对齐，这样子两边都需要使用 __attribute__ ((packed))取消优化对齐，就不会出现对齐的错位现象。