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2022
04-12

一篇文章带你了解C语言内存对齐

内存对齐

先看如下代码:

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结构体Test1占用了多少字节?如果事先不知道内存对齐的话,答案肯定是:1个字节(char)+ 4个字节(int)+ 1个字节(char) = 6个字节。

事实上,Test1结构体占用了12个字节,从DEBUG模式下Watch1观察:

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OK,不就猜少了6个字节吗?有什么影响吗?先不说影响吧,咱们先来看看单片机内存里的实际情况。从上图看到,结构体变量的首地址是0x200018F4,通过Keil的Memory1可以看到结构体Text1在内存的分布,如下图所示。

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将Test1的内存分布提取出来,如下图所示,因为内存对齐的原因,有6个字节被填充了。换句话说,这6个字节被浪费了,无法被其他资源使用了(因为编译器将这些内存规划给结构体Test1了)。此时,如果使用结构体Text1在堆内存大量地定义变量的话,将会造成非常严重的内存浪费(内存碎片化),浪费的内存 = 6 * N(N表示结构体变量的个数)。比如用结构体Text1定义1000个结构体变量,浪费的内存 = 6 * 1000 = 6000 Byte(非常接近6K内存)。

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好了,假如我是懂得内存对齐的原理的,那么我可以这样去优化结构体Text1。

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接着,从Debug里观察看看:

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最后,去Memory1观察内存的分布情况:

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再将结构体Text1的内存分布提取出来分析一下,将成员b与成员c互换位置后,被填充的字节数变成2,成功地优化了4个字节的碎片。如果用Text1的结构体去定义1000个结构体变量的话,那么1000 * 6的碎片内存被优化成1000 * 2的碎片内存,成功改善了1000 * 4(接近4K的内存)啊。

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三、在内存对齐话题下的sizeof与offsetof宏

首先,在main.c包含头文件stddef.h。

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回到最初的例子,代码如下:

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3.1、sizeof

通过sizeof操作符能够得出一个结构的整体长度,包括因边界对齐而跳过的那些字节。

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3.2、offsetof宏

考虑到内存对齐的因素,想确定结构体里某个成员的实际位置,可以使用offsetof宏得到。比如我想得到成员b在结构体Test1的实际位置(包括内存对齐因素)。

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3.3、Debug

进入Debug模式观察sizeof与offsetof的返回值分别是12与4。

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总结

本篇文章就到这里了,希望能给你带来帮助,也希望您能够多多关注自学编程网的更多内容!

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