C語言學習 - 位元組對齊

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位元組對齊

位元組對齊就是資料在記憶體中的位置。如果一個變數的記憶體位址正好位於它長度的整數倍，他就被稱做自然對齊。比如在32位cpu下，假設一個整型變數的地址為0x00000004，那它就是自然對齊的。

位元組對齊的必要性

需要位元組對齊的根本原因在於CPU訪問資料的效率問題。假如整型變數的地址不是自然對齊，比如為0x00000002，則CPU如果取它的值的話需要訪問兩次記憶體，第一次取從0x00000002-0x00000003的一個short，第二次取從0x00000004-0x00000005的一個short然後組合得到所要的資料，如果變數在0x00000003地址上的話則要訪問三次記憶體，第一次為char，第二次為short，第三次為char，然後組合得到整型資料。而如果變數在自然對齊位置上，則只要一次就可以取出資料。

位元組對齊的規則

對於標準資料類型，它的地址只要是它的長度的整數倍就行了，而非標準資料類型按下面的原則對齊：

　
1. 數組 ：按照基礎資料型別 (Elementary Data Type)對齊，第一個對齊了後面的自然也就對齊了。
2. 聯合 ：按其包含的長度最大的資料類型對齊。
3. 結構體： 結構體中每個資料類型都要對齊。

例子

struct stu{　　 char sex;　　 int length;　　 char name[10];　　};

這個裡面sex是1個位元組，然後遇到length的時候，需要在sex後添加3個空位元組，因為length佔4個位元組，而在name佔10個位元組之後，變為18個位元組，並不對齊，所以添兩個空位元組。變為20個位元組。

改變對齊方法

__attribute__選項

這個是改變對齊方法的，如下例子：

struct stu{　　 char sex;　　 int length;　　 char name[10];　　}__attribute__ ((aligned (1))); 

這個是一共變成了15個位元組，因為aligned改變了自然對齊位元組為1個位元組。所以整體縮小了。

同樣下面的聲明：

struct stu{　　 char sex;　　 int length;　　 char name[10];　　}__attribute__ ((packed)); 

這個也是15個位元組。packed讓結構體使用最小的對齊。

必須聲明對齊

在設計不同CPU的通訊協定時，或者編寫硬體驅動程式時寄存器的結構這兩個地方都需要按一位元組對齊。即使看起來本來就自然對齊的也要使其對齊，以免不同的編譯器產生的程式碼不一樣.

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