字节对齐与大端小端与内存区域划分

字节对齐

C语言字节对齐
C语言字节对齐/7213465

一、原则:

1.结构体内成员按自身按自身长度自对齐。

自身长度,如char=1,short=2,int=4,double=8,。所谓自对齐,指的是该成员的起始位置的内存地址必须是它自身长度的整数倍。如int只能以0,4,8这类的地址开始


2.结构体的总大小为结构体的有效对齐值的整数倍

结构体的有效对齐值的确定:

1)当未明确指定时,以结构体中最长的成员的长度为其有效值

2)当用#pragma pack(n)指定时,以n和结构体中最长的成员的长度中较小者为其值。

3)当用__attribute__ ((__packed__))指定长度时,强制按照此值为结构体的有效对齐值

二、例子

1。

struct AA{

   char a;

   int b;

   char c; 

}aa

结果,sizeof(aa)=12

何解?首先假设结构体内存起始地址为0,那么地址的分布如下

0  a

1  

2

3

4  b

5  b

6  b

7  b

8  c

9

10

11

char的字对齐长度为1,所以可以在任何地址开始,但是,int自对齐长度为4,必须以4的倍数地址开始。所以,尽管1-3空着,但b也只能从4开始。再加上c后,整个结构体的总长度为9,结构体的有效对齐值为其中最大的成员即int的长度4,所以,结构体的大小向上扩展到12,即9-11的地址空着。


2.


struct AA{
   char a;
char c; 
   int b;    
}aa
sizeof(aa)=8,为什么呢
0  a
1  c
2
3
4  b
5  b
6  b
7  b
因为c为char类型,字对齐长度为1,所以可以有效的利用1-3间的空格。看见了吧,变量定义的位置的不同时有可能影响结构体的大小的哦!

3.
#pragma pack(2)
struct AA{
   char a;
   int b;
   char c; 
}aa
sizeof(aa)=10,
为什么呢?a到c只占9字节长度,因为结构体的有效对齐长度在pack指定的2和int的4中取
较小的值2。故取2的倍数10。
如果当pack指定为8呢?那就仍然按4来对齐,结果仍然是12。


4.
struct AA{
   char a;
   int b;
   char c; 
}__attribute__((__8__))aa
sizeof(aa)=16,)
为咩?其实a到c仍然只占9字节长度,但结构体以8对齐,故取8的倍数16.
如果其指定2,则结果为10

如果pragma pack和__attribute__
同时指定呢?以__attribute__ 的为准。
需要说明的是,不管pragma
pack和__attribute__如何指定,结构体内部成员的自对齐仍然按照其自身的对齐值。

大端小端

字节序(大小端)详解从高低地址和高低位开始理解(转)

字节序(大小端)详解从高低地址和高低位开始理解(转)  


一、字节序定义
字节序,顾名思义字节的顺序,再多说两句就是大于一个字节类型的数据在内存中的存放顺序(一个字节的数据当然就无需谈顺序的问题了)。
其实大部分人在实际的开发中都很少会直接和字节序打交道。唯有在跨平台以及网络程序中字节序才是一个应该被考虑的问题。
在所有的介绍字节序的文章中都会提到字节序分为两类:Big-Endian和Little-Endian。引用标准的Big-Endian和Little-Endian的定义如下:
a) Little-Endian就是低位字节排放在内存的低地址端,高位字节排放在内存的高地址端。
b) Big-Endian就是高位字节排放在内存的低地址端,低位字节排放在内存的高地址端。
c) 网络字节序:4个字节的32 bit值以下面的次序传输:首先是0~7bit,其次8~15bit,然后16~23bit,最后是24~31bit。这种传输次序称作大端字节序。由于 TCP/IP首部中所有的二进制整数在网络中传输时都要求以这种次序,因此它又称作网络字节序。比如,以太网头部中2字节的“以太网帧类型”,表示后面数据的类型。对于ARP请求或应答的以太网帧类型来说,在网络传输时,发送的顺序是0x08,0x06。在内存中的映象如下图所示:
栈底 (高地址)
---------------
0x06 -- 低位 
0x08 -- 高位
---------------
栈顶 (低地址)
该字段的值为0x0806。按照大端方式存放在内存中。
二、高/低地址与高低字节
首先我们要知道我们C程序映像中内存的空间布局情况:在《C专家编程》中或者《Unix环境高级编程》中有关于内存空间布局情况的说明,大致如下图:
----------------------- 最高内存地址 0xffffffff
 | 栈底
 .
 .              栈
 .
  栈顶
-----------------------
 |
 |
\|/
NULL (空洞)
/|\
 |
 |
-----------------------
                堆
-----------------------
未初始化的数据
----------------(统称数据段)
初始化的数据
-----------------------
正文段(代码段)
----------------------- 最低内存地址 0x00000000
以上图为例如果我们在栈上分配一个unsigned char buf[4],那么这个数组变量在栈上是如何布局的呢[注1]?看下图:
栈底 (高地址)
----------
buf[3]
buf[2]
buf[1]
buf[0]
----------
栈顶 (低地址)
现在我们弄清了高低地址,接着来弄清高/低字节,如果我们有一个32位无符号整型0x12345678(呵呵,恰好是把上面的那4个字节buf看成一个整型),那么高位是什么,低位又是什么呢?其实很简单。在十进制中我们都说靠左边的是高位,靠右边的是低位,在其他进制也是如此。就拿 0x12345678来说,从高位到低位的字节依次是0x12、0x34、0x56和0x78。
高低地址和高低字节都弄清了。我们再来回顾一下Big-Endian和Little-Endian的定义,并用图示说明两种字节序:
以unsigned int value = 0x12345678为例,分别看看在两种字节序下其存储情况,我们可以用unsigned char buf[4]来表示value:
Big-Endian: 低地址存放高位,如下图:
栈底 (高地址)
---------------
buf[3] (0x78) -- 低位
buf[2] (0x56)
buf[1] (0x34)
buf[0] (0x12) -- 高位
---------------
栈顶 (低地址)
Little-Endian: 低地址存放低位,如下图:
栈底 (高地址)
---------------
buf[3] (0x12) -- 高位
buf[2] (0x34)
buf[1] (0x56)
buf[0] (0x78) -- 低位
---------------
栈顶 (低地址)
在现有的平台上Intel的X86采用的是Little-Endian,而像Sun的SPARC采用的就是Big-Endian。
三、例子
嵌入式系统开发者应该对Little-endian和Big-endian模式非常了解。采用Little-endian模式的CPU对操作数的存放方式是从低字节到高字节,而Big-endian模式对操作数的存放方式是从高字节到低字节。
例如,16bit宽的数0x1234在Little-endian模式CPU内存中的存放方式(假设从地址0x4000开始存放)为:
内存地址  存放内容
 0x4001    0x12
 0x4000    0x34
而在Big-endian模式CPU内存中的存放方式则为:
内存地址  存放内容
 0x4001    0x34
 0x4000    0x12
 
32bit宽的数0x12345678在Little-endian模式CPU内存中的存放方式(假设从地址0x4000开始存放)为:
内存地址  存放内容
 0x4003     0x12
 0x4002     0x34
 0x4001     0x56
 0x4000     0x78
 
而在Big-endian模式CPU内存中的存放方式则为:
内存地址  存放内容
 0x4003     0x78
 0x4002     0x56
 0x4001     0x34
 0x4000     0x12

整合字节对齐+大端小端+程序内存数据区域划分

整合字节对齐+大端小端+程序数据区域划分

内存分布

------高地址------


  • 栈又称堆栈, 是用户存放程序临时创建的局部变量,也就是说我们函数括弧“{}”中定义的变量(但不包括static声明的变量,static意味着在数据段中存放变量)。除此以外,在函数被调用时,其参数也会被压入发起调用的进程栈中,并且待到调用结束后,函数的返回值也会被存放回栈中。由于栈的先进先出特点,所以栈特别方便用来保存/恢复调用现场。从这个意义上讲,我们可以把堆栈看成一个寄存、交换临时数据的内存区。

  • 堆是用于存放进程运行中被动态分配的内存段,它的大小并不固定,可动态扩张或缩减。当进程调用malloc等函数分配内存时,新分配的内存就被动态添加到堆上(堆被扩张);当利用free等函数释放内存时,被释放的内存从堆中被剔除(堆被缩减)
  • BBS
    BSS段(bss segment)通常是指用来存放程序中未初始化,或初始化为0的全局变量,静态局部变量的一块内存区域。BSS是英文Block Started by Symbol的简称。BSS段属于静态内存分配。
  • 数据
    数据段(data segment)通常是指用来存放程序中已初始化为非0的全局变量的一块内存区域。数据段属于静态内存分配。
  • 代码段(code segment/text segment)通常是指用来存放程序执行代码的一块内存区域。这部分区域的大小在程序运行前就已经确定,并且内存区域通常属于只读, 某些架构也允许代码段为可写,即允许修改程序。在代码段中,也有可能包含一些只读的常数变量,例如字符串常量等。

------低地址------

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