github上有大神翻译了一篇内存对齐的英文文献,我复现了一下过程;
发现其中有个地方有出入(strcut foo6{}),因此特地查了下文献,做了下修正,记录如下。
1、原文
作者:Eric S. Raymond
原文链接:http://www.catb.org/esr/structure-packing/
谁应阅读本文
本文探讨如何通过手工重新打包C结构体声明,来减小内存空间占用。你需要掌握基本的C语言知识,以理解本文所讲述的内容。
如果你在内存容量受限的嵌入式系统中写程序,或者编写操作系统内核代码,就有必要了解这项技术。如果数据集巨大,应用时常逼近内存极限,这项技术会有所帮助。倘若你非常非常关心如何最大限度地减少处理器缓存段(cache-line)未命中情况的发生,这项技术也有所裨益。
最后,理解这项技术是通往其他C语言艰深话题的门径。若不掌握,就算不上高级C程序员。当你自己也能写出这样的文档,并且有能力明智地评价它之后,才称得上C语言大师。
缘何写作本文
2013年底,我【当然指的是原作大触啊!】大量应用了一项C语言优化技术,这项技术是我早在二十余年前就已掌握的,但彼时之后,鲜有使用。
我需要减少一个程序对内存空间的占用,它使用了上千(有时甚至几十万)C结构体实例。这个程序是cvs-fast-export,在将其应用于大规模软件仓库时,程序会出现内存耗尽错误。
通过精心调整结构成体员的顺序,可以在这种情况下大幅减少内存占用。其效果显著——在上述案例中,可以减少40%的内存空间。程序应用于更大的软件仓库,也不会因内存耗尽而崩溃。
但随着工作展开,我意识到这项技术在近些年几乎已被遗忘。Web搜索证实了我的想法,现今的C程序员们似乎已不再谈论这些话题,至少从搜索引擎中看不到。维基百科有些条目涉及这一主题,但未曾有人完整阐述。
事出有因。计算机科学课程(正确地)引导人们远离微观优化,转而寻求更理想的算法。计算成本一路走低,令压榨内存的必要性变得越来越低。旧日里,黑客们通过在陌生的硬件架构中跌跌撞撞学习——如今已不多见。
然而这项技术在关键时刻仍颇具价值,并且只要内存容量有限,价值就始终存在。本文意在节省C程序员重新发掘这项技术所需的时间,让他们有精力关注更重要任务。
对齐要求
首先需要了解的是,对于现代处理器,C编译器在内存中放置基本C数据类型的方式受到约束,以令内存的访问速度更快。
在x86或ARM处理器中,基本C数据类型通常并不存储于内存中的随机字节地址。实际情况是,除char外,所有其他类型都有“对齐要求”:char可起始于任意字节地址,2字节的short必须从偶数字节地址开始,4字节的int或float必须从能被4整除的地址开始,8比特的long和double必须从能被8整除的地址开始。无论signed(有符号)还是unsigned(无符号)都不受影响。
用行话来说,x86和ARM上的基本C类型是“自对齐(self-aligned)”的。关于指针,无论32位(4字节)还是64位(8字节)也都是自对齐的。
自对齐可令访问速度更快,因为它有利于生成单指令(single-instruction)存取这些类型的数据。另一方面,如若没有对齐约束,可能最终不得不通过两个或更多指令访问跨越机器字边界的数据。字符数据是种特殊情况,因其始终处在单一机器字中,所以无论存取何处的字符数据,开销都是一致的。这也就是它不需要对齐的原因。
我提到“现代处理器”,是因为有些老平台强迫C程序违反对齐规则(例如,为int指针分配一个奇怪的地址并试图使用它),不仅令速度减慢,还会导致非法指令错误。例如Sun SPARC芯片就有这种问题。事实上,如果你下定决心,并恰当地在处理器中设置标志位(e18),在x86平台上,也能引发这种错误。
另外,自对齐并非唯一规则。纵观历史,有些处理器,由其是那些缺乏桶式移位器(Barrel shifter)的处理器限制更多。如果你从事嵌入式系统领域编程,有可能掉进这些潜伏于草丛之中的陷阱。小心这种可能。
你还可以通过pragma指令(通常为#pragma pack
)强迫编译器不采用处理器惯用的对齐规则。但请别随意运用这种方式,因为它强制生成开销更大、速度更慢的代码。通常,采用我在下文介绍的方式,可以节省相同或相近的内存。
使用#pragma pack的唯一理由是——假如你需让C语言的数据分布,与某种位级别的硬件或协议完全匹配(例如内存映射硬件端口),而违反通用对齐规则又不可避免。如果你处于这种困境,且不了解我所讲述的内容,那你已深陷泥潭,祝君好运。
填充
我们来看一个关于变量在内存中分布的简单案例。思考形式如下的一系列变量声明,它们处在一个C模块的顶层。
char *p;
char c;
int x;
假如你对数据对齐一无所知,也许以为这3个变量将在内存中占据一段连续空间。也就是说,在32位系统上,一个4字节指针之后紧跟着1字节的char,其后又紧跟着4字节int。在64位系统中,唯一的区别在于指针将占用8字节。
然而实际情况(在x86、ARM或其他采用自对齐类型的平台上)如下。存储p需要自对齐的4或8字节空间,这取决于机器字的大小。这是指针对齐——极其严格。
c紧随其后,但接下来x的4字节对齐要求,将强制在分布中生成了一段空白,仿佛在这段代码中插入了第四个变量,如下所示。
char *p; /* 4 or 8 bytes */
char c; /* 1 byte */
char pad[3]; /* 3 bytes */
int x; /* 4 bytes */
字符数组pad[3]
意味着在这个结构体中,有3个字节的空间被浪费掉了。老派术语将其称之为“废液(slop)”。
如果x为2字节short:
char *p;
char c;
short x;
在这个例子中,实际分布将会是:
char *p; /* 4 or 8 bytes */
char c; /* 1 byte */
char pad[1]; /* 1 byte */
short x; /* 2 bytes */
另一方面,如果x为64位系统中的long:
char *p;
char c;
long x;
我们将得到:
char *p; /* 8 bytes */
char c; /* 1 byte */
char pad[7]; /* 7 bytes */
long x; /* 8 bytes */
若你一路仔细读下来,现在可能会思索,何不首先声明较短的变量?
char c;
char *p;
int x;
假如实际内存分布可以写成下面这样:
char c;
char pad1[M];
char *p;
char pad2[N];
int x;
那M
与N
分别为几何?
首先,在此例中,N
将为0,x
的地址紧随p
之后,能确保是与指针对齐的,因为指针的对齐要求总比int严格。
M
的值就不易预测了。编译器若是恰好将c
映射为机器字的最后一个字节,那么下一个字节(p
的第一个字节)将恰好由此开始,并恰好与指针对齐。这种情况下,M
将为0。
不过更有可能的情况是,c
将被映射为机器字的首字节。于是乎M
将会用于填充,以使p
指针对齐——32位系统中为3字节,64位系统中为7字节。
中间情况也有可能发生。M的值有可能在0到7之间(32位系统为0到3),因为char可以从机器字的任何位置起始。
倘若你希望这些变量占用的空间更少,那么可以交换x
与c
的次序。
char *p; /* 8 bytes */
long x; /* 8 bytes */
char c; /* 1 byte */
通常,对于C代码中的少数标量变量(scalar variable),采用调换声明次序的方式能节省几个有限的字节,效果不算明显。而将这种技术应用于非标量变量(nonscalar variable)——尤其是结构体,则要有趣多了。
在讲述这部分内容前,我们先对标量数组做个说明。在具有自对齐类型的平台上,char、short、int、long和指针数组都没有内部填充,每个成员都与下一个成员自动对齐。
在下一节我们将会看到,这种情况对结构体数组并不适用。
结构体的对齐和填充
通常情况下,结构体实例以其最宽的标量成员为基准进行对齐。编译器之所以如此,是因为此乃确保所有成员自对齐,实现快速访问最简便的方法。
此外,在C语言中,结构体的地址,与其第一个成员的地址一致——不存在头填充(leading padding)。小心:在C++中,与结构体相似的类,可能会打破这条规则!(是否真的如此,要看基类和虚拟成员函数是如何实现的,与不同的编译器也有关联。)
假如你对此有疑惑,ANSI C提供了一个offsetof()
宏,可用于读取结构体成员位移。
考虑这个结构体:
struct foo1 {
char *p;
char c;
long x;
};
假定处在64位系统中,任何struct fool
的实例都采用8字节对齐。不出所料,其内存分布将会像下面这样:
struct foo1 {
char *p; /* 8 bytes */
char c; /* 1 byte */
char pad[7]; /* 7 bytes */
long x; /* 8 bytes */
};
看起来仿佛与这些类型的变量单独声明别无二致。但假如我们将c
放在首位,就会发现情况并非如此。
struct foo2 {
char c; /* 1 byte */
char pad[7]; /* 7 bytes */
char *p; /* 8 bytes */
long x; /* 8 bytes */
};
如果成员是互不关联的变量,c
便可能从任意位置起始,pad
的大小则不再固定。因为struct foo2
的指针需要与其最宽的成员为基准对齐,这变得不再可能。现在c
需要指针对齐,接下来填充的7个字节被锁定了。
现在,我们来谈谈结构体的尾填充(trailing padding)。为了解释它,需要引入一个基本概念,我将其称为结构体的“跨步地址(stride address)”。它是在结构体数据之后,与结构体对齐一致的首个地址。
结构体尾填充的通用法则是:编译器将会对结构体进行尾填充,直至它的跨步地址。这条法则决定了sizeof()
的返回值。
考虑64位x86或ARM系统中的这个例子:
struct foo3 {
char *p; /* 8 bytes */
char c; /* 1 byte */
};
struct foo3 singleton;
struct foo3 quad[4];
你以为sizeof(struct foo3)
的值是9,但实际是16。它的跨步地址是(&p)[2]
。于是,在quad
数组中,每个成员都有7字节的尾填充,因为下个结构体的首个成员需要在8字节边界上对齐。内存分布就好像这个结构是这样声明的:
struct foo3 {
char *p; /* 8 bytes */
char c; /* 1 byte */
char pad[7];
};
作为对比,思考下面的例子:
struct foo4 {
short s; /* 2 bytes */
char c; /* 1 byte */
};
因为s
只需要2字节对齐,跨步地址仅在c
的1字节之后,整个struct foo4
也只需要1字节的尾填充。形式如下:
struct foo4 {
short s; /* 2 bytes */
char c; /* 1 byte */
char pad[1];
};
sizeof(struct foo4)
的返回值将为4。
现在我们考虑位域(bitfields)。利用位域,你能声明比字符宽度更小的成员,低至1位,例如:
struct foo5 {
short s;
char c;
int flip:1;
int nybble:4;
int septet:7;
};
关于位域需要了解的是,它们是由字(或字节)层面的掩码和移位指令实现的。从编译器的角度来看,struct foo5
中的位域就像2字节、16位的字符数组,只用到了其中12位。为了使结构体的长度是其最宽成员长度sizeof(short)
的整数倍,接下来进行了填充。
==这里存疑==。
struct foo5 {
short s; /* 2 bytes */
char c; /* 1 byte */
int flip:1; /* total 1 bit */
int nybble:4; /* total 5 bits */
int septet:7; /* total 12 bits */
int pad1:4; /* total 16 bits = 2 bytes */
char pad2; /* 1 byte */
};
这是最后一个重要细节:如果你的结构体中含有结构体成员,内层结构体也要和最长的标量有相同的对齐。假如你写下了这段代码:
struct foo6 {
char c;
struct foo5 {
char *p;
short x;
} inner;
};
内层结构体成员char *p
强迫外层结构体与内层结构体指针对齐一致。在64位系统中,实际的内存分布将类似这样:
struct foo6 {
char c; /* 1 byte */
char pad1[7]; /* 7 bytes */
struct foo6_inner {
char *p; /* 8 bytes */
short x; /* 2 bytes */
char pad2[6]; /* 6 bytes */
} inner;
};
它启示我们,能通过重新打包节省空间。24个字节中,有13个为填充,浪费了超过50%的空间!
结构体成员重排
理解了编译器在结构体中间和尾部插入填充的原因与方式后,我们来看看如何榨出这些废液。此即结构体打包的技艺。
首先注意,废液只存在于两处。其一是较大的数据类型(需要更严格的对齐)跟在较小的数据类型之后。其二是结构体自然结束的位置在跨步地址之前,这里需要填充,以使下个结构体能正确地对齐。
消除废液最简单的方式,是按对齐值递减重新对结构体成员排序。即让所有指针对齐成员排在最前面,因为在64位系统中它们占用8字节;然后是4字节的int;再然后是2字节的short,最后是字符。
因此,以简单的链表结构体为例:
struct foo7 {
char c;
struct foo7 *p;
short x;
};
将隐含的废液写明,形式如下:
struct foo7 {
char c; /* 1 byte */
char pad1[7]; /* 7 bytes */
struct foo7 *p; /* 8 bytes */
short x; /* 2 bytes */
char pad2[6]; /* 6 bytes */
};
总共是24字节。如果按长度重排,我们得到:
struct foo8 {
struct foo8 *p;
short x;
char c;
};
考虑到自对齐,我们看到所有数据域之间都不需填充。因为有较严对齐要求(更长)成员的跨步地址对不太严对齐要求的(更短)成员来说,总是合法的对齐地址。重打包过的结构体只需要尾填充:
struct foo8 {
struct foo8 *p; /* 8 bytes */
short x; /* 2 bytes */
char c; /* 1 byte */
char pad[5]; /* 5 bytes */
};
重新打包将空间降为16字节。也许看起来不算很多,但假如这个链表的长度有20万呢?将会积少成多。
注意,重新打包不能确保在所有情况下都能节省空间。将这项技术应用于更靠前struct foo6
的那个例子,我们得到:
struct foo9 {
struct foo9_inner {
char *p; /* 8 bytes */
int x; /* 4 bytes */
} inner;
char c; /* 1 byte */
};
将填充写明:
struct foo9 {
struct foo9_inner {
char *p; /* 8 bytes */
int x; /* 4 bytes */
char pad[4]; /* 4 bytes */
} inner;
char c; /* 1 byte */
char pad[7]; /* 7 bytes */
};
结果还是24字节,因为c
无法作为内层结构体的尾填充。要想节省空间,你需要得新设计数据结构。
棘手的标量案例
只有在符号调试器能显示枚举类型的名称而非原始整型数字时,使用枚举来代替#define
才是个好办法。然而,尽管枚举必定与某种整型兼容,但C标准却没有指明究竟是何种底层整型。
请当心,重打包结构体时,枚举型变量通常是int,这与编译器相关;但也可能是short、long、甚至默认为char。编译器可能会有progma预处理指令或命令行选项指定枚举的尺寸。
long double
是个类似的故障点。有些C平台以80位实现,有些是128位,还有些80位平台将其填充到96或128位。
以上两种情况,最好用sizeof()
来检查存储尺寸。
最后,在x86 Linux系统中,double有时会破自对齐规则的例;在结构体内,8字节的double可能只要求4字节对齐,而在结构体外,独立的double变量又是8字节自对齐。这与编译器和选项有关。
可读性与缓存局部性
尽管按尺寸重排是最简单的消除废液的方式,却不一定是正确的方式。还有两个问题需要考量:可读性与缓存局部性。
程序不仅与计算机交流,还与其他人交流。甚至(尤其是!)交流的对象只有将来你自己时,代码可读性依然重要。
笨拙地、机械地重排结构体可能有损可读性。倘若有可能,最好这样重排成员:将语义相关的数据放在一起,形成连贯的组。最理想的情况是,结构体的设计应与程序的设计相通。
当程序频繁访问某一结构体或其一部分时,若能将其放入一个缓存段,对提高性能颇有帮助。缓存段是这样的内存块——当处理器获取内存中的任何单个地址时,会把整块数据都取出来。 在64位x86上,一个缓存段为64字节,它开始于自对齐的地址。其他平台通常为32字节。
为保持可读性所做的工作(将相关和同时访问的数据放在临近位置)也会提高缓存段的局部性。这些都是需要明智地重排,并对数据的存取模式了然于心的原因。
如果代码从多个线程并发访问同一结构体,还存在第三个问题:缓存段弹跳(cache line bouncing)。为了尽量减少昂贵的总线通信,应当这样安排数据——在一个更紧凑的循环里,从一个缓存段中读数据,而向另一个写入数据。
是的,某些时候,这种做法与前文将相关数据放入与缓存段长度相同块的做法矛盾。多线程的确是个难题。缓存段弹跳和其他多线程优化问题是很高级的话题,值得单独为它们写份指导。这里我所能做的,只是让你了解有这些问题存在。
其他打包技术
在为结构体瘦身时,重排序与其他技术结合在一起效果最好。例如结构体中有几个布尔标志,可以考虑将其压缩成1位的位域,然后把它们打包放在原本可能成为废液的地方。
你可能会有一点儿存取时间的损失,但只要将工作集合压缩得足够小,那点损失可以靠避免缓存未命中补偿。
更通用的原则是,选择能把数据类型缩短的方法。以cvs-fast-export为例,我使用的一个压缩方法是:利用RCS和CVS在1982年前还不存在这个事实,我弃用了64位的Unixtime_t
(在1970年开始为零),转而用了一个32位的、从1982-01-01T00:00:00开始的偏移量;这样日期会覆盖到2118年。(注意:若使用这类技巧,要用边界条件检查以防讨厌的Bug!)
这不仅减小了结构体的可见尺寸,还可以消除废液和/或创造额外的机会来进行重新排序。这种良性串连的效果不难被触发。
最冒险的打包方法是使用union。假如你知道结构体中的某些域永远不会跟另一些域共同使用,可以考虑用union共享它们存储空间。不过请特别小心并用回归测试验证。因为如果分析出现一丁点儿错误,就会引发从程序崩溃到微妙数据损坏(这种情况糟得多)间的各种错误。
工具
clang编译器有个Wpadded选项,可以生成有关对齐和填充的信息。
还有个叫pahole的工具,我自己没用过,但据说口碑很好。该工具与编译器协同工作,生成关于结构体填充、对齐和缓存段边界报告。
证明和例外
读者可以下载一段程序源代码packtest.c,验证上文有关标量和结构体尺寸的结论。
如果你仔细检查各种编译器、选项和罕见硬件的稀奇组合,会发现我前面提到的部分规则存在例外。越早期的处理器设计例外越常见。
理解这些规则的第二个层次是,知其何时及如何会被打破。在我学习它们的日子里(1980年代早期),我们把不理解这些规则的人称为“所有机器都是VAX综合症”的牺牲品。记住,世上所有电脑并非都是PC。
2、争议分析
#include <stdio.h>
#include <stdbool.h>
struct foo1 {
char *p;
char c;
long x;
};
struct foo2 {
char c; /* 1 byte */
char pad[7]; /* 7 bytes */
char *p; /* 8 bytes */
long x; /* 8 bytes */
};
struct foo3 {
char *p; /* 8 bytes */
char c; /* 1 byte */
};
struct foo4 {
short s; /* 2 bytes */
char c; /* 1 byte */
};
struct foo5 {
char c;
struct foo5_inner {
char *p;
short x;
} inner;
};
struct foo6 {
short s;
char c;
int flip:1;
int nybble:4;
int septet:7;
};
struct foo7 {
int bigfield:31;
int littlefield:1;
};
struct foo8 {
int bigfield1:31;
int littlefield1:1;
int bigfield2:31;
int littlefield2:1;
};
struct foo9 {
int bigfield1:31;
int bigfield2:31;
int littlefield1:1;
int littlefield2:1;
};
struct foo10 {
char c;
struct foo10 *p;
short x;
};
struct foo11 {
struct foo11 *p;
short x;
char c;
};
struct foo12 {
struct foo12_inner {
char *p;
short x;
} inner;
char c;
};
main(int argc, char *argv)
{
printf("sizeof(char *) = %zu\n", sizeof(char *));
printf("sizeof(long) = %zu\n", sizeof(long));
printf("sizeof(int) = %zu\n", sizeof(int));
printf("sizeof(short) = %zu\n", sizeof(short));
printf("sizeof(char) = %zu\n", sizeof(char));
printf("sizeof(float) = %zu\n", sizeof(float));
printf("sizeof(double) = %zu\n", sizeof(double));
printf("sizeof(struct foo1) = %zu\n", sizeof(struct foo1));
printf("sizeof(struct foo2) = %zu\n", sizeof(struct foo2));
printf("sizeof(struct foo3) = %zu\n", sizeof(struct foo3));
printf("sizeof(struct foo4) = %zu\n", sizeof(struct foo4));
printf("sizeof(struct foo5) = %zu\n", sizeof(struct foo5));
printf("sizeof(struct foo6) = %zu\n", sizeof(struct foo6));
printf("sizeof(struct foo7) = %zu\n", sizeof(struct foo7));
printf("sizeof(struct foo8) = %zu\n", sizeof(struct foo8));
printf("sizeof(struct foo9) = %zu\n", sizeof(struct foo9));
printf("sizeof(struct foo10) = %zu\n", sizeof(struct foo10));
printf("sizeof(struct foo11) = %zu\n", sizeof(struct foo11));
printf("sizeof(struct foo12) = %zu\n", sizeof(struct foo12));
}
结果:foo6:
struct foo6 {
short s;
char c;
int flip:1;
int nybble:4;
int septet:7;
};
输出:
sizeof(char *) = 8
sizeof(long) = 8
sizeof(int) = 4
sizeof(short) = 2
sizeof(char) = 1
sizeof(float) = 4
sizeof(double) = 8
sizeof(struct foo1) = 24
sizeof(struct foo2) = 24
sizeof(struct foo3) = 16
sizeof(struct foo4) = 4
sizeof(struct foo5) = 24
sizeof(struct foo6) = 8
sizeof(struct foo7) = 4
sizeof(struct foo8) = 8
sizeof(struct foo9) = 12
sizeof(struct foo10) = 24
sizeof(struct foo11) = 16
sizeof(struct foo12) = 24
sandbox> exited with status 0
The thing to know about bitfields is that they are implemented with word- and byte-level mask and rotate instructions operating on machine words, and cannot cross word boundaries.
C99 guarentees that bit-fields will be packed as tightly as possible, provided they don’t cross storage unit boundaries (6.7.2.1 #10).
This restriction is relaxed in C11 (6.7.2.1p11) and C++14 ([class.bit]p1); these revisions do not actually require struct foo9 to be 64 bits instead of 32;
a bit-field can span multiple allocation units instead of starting a new one. It’s up to the implementation to decide; GCC leaves it up to the ABI, which for x64 does prevent them from sharing an allocation unit.
在32bit机器内是这么填充的:
struct foo6 {
short s; /* 2 bytes */
char c; /* 1 byte */
int flip:1; /* total 1 bit */
int nybble:4; /* total 5 bits */
int pad1:3; /* pad to an 8-bit boundary */
int septet:7; /* 7 bits */
char pad2:25; /* pad to 32 bits */
};
实测却是8byte。
为什么这里最后的7bit要重开一个word呢?为什么直接2byte就好了(因为最大的就是short=2byte而已嘛),答案在上面英文字里面的加粗部分说明了,也就是我们补充的时候,它不能跨越word,之前的bit1+bit4+pad3=1byte刚好踩到1word的边界了,于是剩下的就必须按重开一个word,并按word对齐了。
对比验证实验1
之前认为是刚好踩着word的边界了,所以值填充了4byte,那么我们把char c给去掉,也就是说前面只有2byte,那么生下来的12bit完全在2byte之内就可解决,从而总体少于4byte,因此没有1word越界,就不需要word扩展,因此这里的结果因该是4byte。
#include <stdio.h>
struct foo6 {
short s; /* 2 bytes */
//char c; /* 1 byte */
int flip:1; /* total 1 bit */
int nybble:4; /* total 5 bits */
// int pad1:3; /* pad to an 8-bit boundary */
int septet:7; /* 7 bits */
// char pad2:25; /* pad to 32 bits */
};
int main () {
printf("sizeof(struct foo6) = %zu\n", sizeof(struct foo6));
return 0;
}
结果:
sizeof(struct foo6) = 4
完美!
对比实验2
#include <stdio.h>
struct foo6 {
//short s; /* 2 bytes */
char c; /* 1 byte */
int flip:1; /* total 1 bit */
int nybble:4; /* total 5 bits */
// int pad1:3; /* pad to an 8-bit boundary */
int septet:7; /* 7 bits */
// char pad2:25; /* pad to 32 bits */
};
int main () {
printf("sizeof(struct foo6) = %zu\n", sizeof(struct foo6));
return 0;
}
输出:
sizeof(struct foo6) = 4
这里为什么不是3呢?
因为对比实验1里面开始的是short s,长度是2byte,因此后面的位域就向这个长度对齐;
而这里最长的就是char了,也就是1byte,因此位域向1byte对齐,因此最终就是4byte。
问题:这里最后的那个位septet假如不是7bit(< 1byte),而是大于1byte呢?这个该怎么对齐?
对照实验3
struct foo6 {
//short s; /* 2 bytes */
char c; /* 1 byte */
int flip:1; /* total 1 bit */
int nybble:4; /* total 5 bits */
// int pad1:3; /* pad to an 8-bit boundary */
int septet:20; /* 7 bits */
// char pad2:25; /* pad to 32 bits */
};
最后的septet小于20bit,则占用空间是4byte,因为编译器把超出1byte的bit往前面的两个byte里面挤压,使得空间尽量充满,此时刚好24bit=3byte;
但是一旦septet=20bit,此时位域已经超了1bit,同时是跨word了,因此后面得填充4byte,因此最终的空间占用就是8byte。
对照实验4
struct foo6 {
//short s; /* 2 bytes */
char c; /* 1 byte */
int flip:1; /* total 1 bit */
// int nybble:4; /* total 5 bits */
// int pad1:3; /* pad to an 8-bit boundary */
//int septet:20; /* 7 bits */
// char pad2:25; /* pad to 32 bits */
};
假如里面的bit域全部屏蔽掉,留下一个char c,那么空间占用就是1;
只要加入了bit位域,比如flip=1,应该结构听总共2byte就足够了,但是实际占用的字节是4byte,也就是说位域的最小单位是4byte。
对照实验5
struct foo6 {
short s; /* 2 bytes */
char c; /* 1 byte */
//int flip:1; /* total 1 bit */
// int nybble:4; /* total 5 bits */
// int pad1:3; /* pad to an 8-bit boundary */
//int septet:20; /* 7 bits */
// char pad2:25; /* pad to 32 bits */
};
只留下一个short(2byte)跟一个char(1byte),**由于这个结构体内成员最大的长度是2byte,因此总的长度必须能被2整除,现在总长度只有3,因此肯定得补齐咯。