了解 C 中的内存对齐约束和填充字节

Question

我有以下代码片段。

#include<stdio.h>
int main(){
    typedef struct{
        int a;
        int b;
        int c;
        char ch1;
        int d;
    } str;
    printf("Size: %d \n",sizeof(str));
    return 0;
}

输出如下

Size: 20

我知道 structure 的大小大于 structure 的组件大小的总和，因为添加了填充以满足内存对齐约束。我想知道如何决定必须添加多少字节的填充。它取决于什么？它取决于 CPU 体系结构吗？它也取决于编译器吗？我在这里使用 64 位 CPU 和 gcc 编译器。如果这些参数发生变化，输出将如何变化。

我知道 Whosebug 上有类似的问题，但他们没有彻底解释这个内存对齐约束。

Answer 1

我知道这取决于CPU架构，我想你可以在网上找到一些有趣的文章来谈论这个，wikipedia我觉得还不错。

对我来说，我使用的是 64 位 linux 机器，我可以说的是，每个字段都是对齐的，因此它位于可被其大小整除的内存地址上（对于基本类型），例如：

int和float按4对齐（必须在能被4整除的内存地址中）

char 和 bool 乘以 1（这意味着没有填充）

double 和 pointers 对齐 8

避免填充的最佳方法是将字段从大到小排列（当只有基本字段时）

当有组合字段时，我在这里解释起来有点困难，但我想你可以在论文中自己弄明白

Answer 2

一般取决于架构的要求。负载超过here，但可以总结如下：

Storage for the basic C datatypes on an x86 or ARM processor doesn’t normally start at arbitrary byte addresses in memory. Rather, each type except char has an alignment requirement; chars can start on any byte address, but 2-byte shorts must start on an even address, 4-byte ints or floats must start on an address divisible by 4, and 8-byte longs or doubles must start on an address divisible by 8. Signed or unsigned makes no difference.

在您的情况下，可能会发生以下情况：sizeof(str) = 4 (4 bytes for int) + 4 (4 bytes for int) + 1 ( 1 byte for char) + 7 (3 bytes padding + 4 bytes for int) = 20

填充在那里，因此 int 的地址是 4 字节的倍数。这个要求来自 int 是 4 个字节长的事实（我对你正在使用的架构的假设）。但这会因架构而异。

Answer 3

On what does it depend ? Does it depends on CPU architecture ? And does it depends on compiler also ?

CPU，至少是操作系统和编译器。

了解 C 中的内存对齐约束和填充字节

Understanding memory alignment constraints and padding bytes in C

c

struct

sizeof

padding