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一篇文章带你了解C语言内存对齐公式

时间:2021-12-15 14:36     来源/作者:Wallace Zhang

一、前言

每一个特定平台上的编译器都有自己的默认“对齐系数”(也叫对齐模数)。GCC中默认#program pack(4),即4个字节的内存对齐。Keil也是采用4字节对齐的。也可以通过预编译命令#pragma pack(n),n = 1,2,4,8,16来改变这一系数,一般情况下尽量使用自然对齐系数,不要修改它。

STM32单片机上各个变量占用的字节数:

一篇文章带你了解C语言内存对齐公式

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二、公式

公式一、结构体变量里,成员的起始地址必须满足 : 起始地址 % 成员的字节数(sizeof值)= 0 (说白了就是能整除)

公式二、结构体变量的总字节数必须满足:总字节数 % 最大的成员字节数 = 0 (说白了就是能整除)

2.1、例子一

struct te_a{
	
/* 公式一 */
	char a;   /* a的起始地址0x00,然后用公式一计算:0x00 % 1(char为1个字节) = 0,所以成员a占用了内存0x00   */
	int  b;   /* b的起始地址0x01 % 4(int为4个字节)不等于0,那么再计算0x02%4还是不等于0,直到0x04 % 4 = 0 ,所以成员b占用了内存0x04 ~ 0x07 */
	char c;   /* 成员b的结尾地址是0x07,所以成员c从0x08开始计算,那么计算0x08 % 1 = 0 , 所以成员c占用了内存0x08 */

}Test1;

OK,经过公式一的运算后,结构体里成员的分布如下:

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经过公式一的计算后,结构体变量Test1的大小是9个字节。内存对齐的计算还没有结束,接着使用公式二计算:

结构体变量的总字节数 % 最大的成员字节数 = 0 , 在结构体变量Test1里,最大的成员是b,b的大小是4个字节。那么,当前的结构体变量大小9字节 % 4字节 等于 0 。当结构体变量大小为12字节 % 4字节 = 0,所以最终结构体变量Test1占用的内存字节数是12,其内存的分布如下:

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以上的都是根据公式计算出来的结果,那实际在单片机里是不是这样呢?把代码下载到STM32单片机里,进入DEBUG模式看看。

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从以下的内存分布看来,公式一与公式二的计算没有问题。

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2.2、例子二

struct te_a{
	
/* 公式一 */
	int   a;  /* a的起始地址是0x00,然后根据公式一计算0x00 % 4 = 0 ,那么成员a占用的内存是0x00 ~ 0x03 */
	float b;  /* b的起始地址是0x04, 然后根据公式一计算0x04 % 4 = 0 ,那么成员b占用的内存是0x04 ~ 0x07 */
	char  c;  /* c的起始地址是0x08, 然后根据公式一计算0x08 % 1 = 0 ,那么成员c占用的内存是0x08 */

}Test1;

OK,经过公式一的运算后,结构体里成员应该占用9个字节的内存,内存的分布如下:

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接着根据公式二的运算,结构体的总字节数 % 最大的成员字节数 = 0, 可以轻松得出结构体的总字节数 = 12时,满足12 % 4 = 0。所以经过公式二的计算后,内存分布如下:

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把代码烧录到STM32,进入Debug模式看看。

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2.3、例子三

struct te_a{
	
/* 公式一 */
	int     a;  /* a的起始地址是0x00,然后根据公式一计算0x00 % 4 = 0 ,那么成员a占用的内存是0x00 ~ 0x03 */
	float   b;  /* b的起始地址是0x04, 然后根据公式一计算0x04 % 4 = 0 ,那么成员b占用的内存是0x04 ~ 0x07 */
	double  c;  /* c的起始地址是0x08, 然后根据公式一计算0x08 % 8 = 0 ,那么成员c占用的内存是0x08 ~ 0x0F */

}Test1;

OK,经过公式一的运算后,结构体里成员应该占用16个字节的内存,内存的分布如下:

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接着根据公式二的运算,结构体的总字节数 % 最大的成员字节数 = 0, 那么16 % 8 = 0,运气非常好,公式二不用补位就能让公式二成立。所以经过公式二的运算后,内存还是一样的:

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把代码烧录到STM32,进入Debug模式看看。

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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服务器之家的更多内容!

原文链接:https://blog.csdn.net/wallace89/article/details/119680899

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