从软到硬细谈结构体的字节对齐

发布网友发布时间：2024-10-18 01:05

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热心网友时间：2024-10-18 01:22

深入探讨结构体中的字节对齐问题，利用 SEGGER RTT 的 LOG 系统进行验证。

首先，了解字节对齐现象，代码示例揭示了偏移量与结构体大小的非直观情况。

在默认编译器设置下，变量存放的起始地址与结构体起始地址的偏移量必须为该变量类型字节数或编译器字节对齐数的整数倍。例如，对于 int 类型变量，偏移量必须为 4 的整数倍。

解释运行结果中的偏移量与结构体大小，以示例代码为例，变量 b 和 c 的存储空间由编译器自动填充，不存储有用信息。

接下来，探讨嵌套结构体的字节对齐规则，分析 stu3 和 stu4 的内存分配情况。

默认情况下，结构体按照占用内存最大的类型进行字节对齐。但在 stu3 中，尽管 stu1 占用 16 字节，stu3 仍采用 4 字节对齐。因此，在分析嵌套结构体字节对齐时，应分解为基本类型并找出占用内存最大的类型。

在 stu4 中，分解 stu2 后发现占用内存最大的类型为 double，采用 8 字节对齐。尽管 stu4 中的 stu2 和 char 类型变量导致结构体大小非字节对齐数的整数倍，编译器为保持对齐而添加额外空间。

结构体嵌套时，逐层分解结构体，分析各层的字节对齐情况。理解字节对齐的目的是提升处理器效率，减少读取完整数据类型的次数。

以示例代码为例，演示不同层次结构体中的变量对齐单元的形成。

在底层硬件访问中，4 字节对齐确保了通过特定地址读取完整 int 类型数据。若强制按 1 字节对齐，可能需要多次读取地址来组合完整变量，影响效率。字节对齐原则同样适用于软件层面，确保处理器从内存高效读取数据。