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标题:[求助]请教一道有关共同体的题目及内存对齐的问题
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inku
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[求助]请教一道有关共同体的题目及内存对齐的问题

Union un
{
int a[4];
long b;
char c[6];
}
main()
{
Union un u:
printf("%d%d",sizeof(u),sizeof(u.a));
}
这个程序的输出结果是88,为什么啊?

搜索更多相关主题的帖子: 内存 共同体 
2006-08-21 18:34
soft_wind
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共用体结构中内存是共用的,以成员中所占内存最大成员为共用体的内存。
以上面为例,int a[4]占了8个字节,所占内存最大,共用体的空间就是8bytes.所以输出sizeof(u)的时候是8,sizeof(u.a)是数组也共有8个字节,所以也输出8了。


对不礼貌的女生收钱......
2006-08-21 19:37
大水牛
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以下是引用inku在2006-8-21 18:34:45的发言:

Union un
{
int a[4];
long b;
char c[6];
}
main()
{
Union un u:
printf("%d%d",sizeof(u),sizeof(u.a));
}
这个程序的输出结果是88,为什么啊?


因为union中最大的长度是8位,sizeof(u)得出的是最大的长度,sizeof(u.a)得的是int a[4]的长度`````


虽然现在的我什么都不明白,但总有一天,我将包容一切,让优秀变成一种习惯。。。。。。。。。。。。
2006-08-21 21:45
inku
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我想问一个概念性问题:Union un的意思是定义了一个共同体,名字叫un,
Union un u:这一句难道是说un下面还有一个叫u的东西吗?我看不太懂,有点觉得莫名奇妙
2006-08-21 22:21
soft_wind
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以下是引用inku在2006-8-21 22:21:30的发言:
我想问一个概念性问题:Union un的意思是定义了一个共同体,名字叫un,
Union un u:这一句难道是说un下面还有一个叫u的东西吗?我看不太懂,有点觉得莫名奇妙

union un是您定义的共用体类型名,就像int,char一样的是类型名.


对不礼貌的女生收钱......
2006-08-22 15:18
inku
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谢谢!
2006-08-22 22:42
穆扬
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2006-08-22 23:15
inku
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以下是引用穆扬在2006-8-22 23:15:15的发言:

有一个概念叫边界对齐
能提一下答案就完美了

什么叫边界对齐?

2006-08-22 23:29
soft_wind
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以下是引用inku在2006-8-22 23:29:33的发言:

什么叫边界对齐?

那是对结构体的,共用体谈这个无所谓了。
贴两个帖子给您看吧:
内存对齐
什么是内存对齐

考虑下面的结构:

struct foo
{
char c1;
short s;
char c2;
int i;
};

假设这个结构的成员在内存中是紧凑排列的,假设c1的地址是0,那么s的地址就应该是1,c2的地址就是3,i的地址就是4。也就是:
c1 00000000, s 00000001, c2 00000003, i 00000004。

可是,我们在Visual c/c++ 6中写一个简单的程序:

struct foo a;
printf("c1 %p, s %p, c2 %p, i %p\n",
(unsigned int)(void*)&a.c1 - (unsigned int)(void*)&a,
(unsigned int)(void*)&a.s - (unsigned int)(void*)&a,
(unsigned int)(void*)&a.c2 - (unsigned int)(void*)&a,
(unsigned int)(void*)&a.i - (unsigned int)(void*)&a);

运行,输出:
c1 00000000, s 00000002, c2 00000004, i 00000008。

为什么会这样?这就是内存对齐而导致的问题。

为什么会有内存对齐

以下内容节选自《Intel Architecture 32 Manual》。

字,双字,和四字在自然边界上不需要在内存中对齐。(对字,双字,和四字来说,自然边界分别是偶数地址,可以被4整除的地址,和可以被8整除的地址。)

无论如何,为了提高程序的性能,数据结构(尤其是栈)应该尽可能地在自然边界上对齐。原因在于,为了访问未对齐的内存,处理器需要作两次内存访问;然而,对齐的内存访问仅需要一次访问。

一个字或双字操作数跨越了4字节边界,或者一个四字操作数跨越了8字节边界,被认为是未对齐的,从而需要两次总线周期来访问内存。一个字起始地址是奇数但却没有跨越字边界被认为是对齐的,能够在一个总线周期中被访问。

某些操作双四字的指令需要内存操作数在自然边界上对齐。如果操作数没有对齐,这些指令将会产生一个通用保护异常(#GP)。双四字的自然边界是能够被16整除的地址。其他的操作双四字的指令允许未对齐的访问(不会产生通用保护异常),然而,需要额外的内存总线周期来访问内存中未对齐的数据。

编译器对内存对齐的处理

缺省情况下,c/c++编译器默认将结构、栈中的成员数据进行内存对齐。因此,上面的程序输出就变成了:
c1 00000000, s 00000002, c2 00000004, i 00000008。

编译器将未对齐的成员向后移,将每一个都成员对齐到自然边界上,从而也导致了整个结构的尺寸变大。尽管会牺牲一点空间(成员之间有空洞),但提高了性能。

也正是这个原因,我们不可以断言sizeof(foo) == 8。在这个例子中,sizeof(foo) == 12。

如何避免内存对齐的影响

那么,能不能既达到提高性能的目的,又能节约一点空间呢?有一点小技巧可以使用。比如我们可以将上面的结构改成:

struct bar
{
char c1;
char c2;
short s;
int i;
};

这样一来,每个成员都对齐在其自然边界上,从而避免了编译器自动对齐。在这个例子中,sizeof(bar) == 8。

这个技巧有一个重要的作用,尤其是这个结构作为API的一部分提供给第三方开发使用的时候。第三方开发者可能将编译器的默认对齐选项改变,从而造成这个结构在你的发行的DLL中使用某种对齐方式,而在第三方开发者哪里却使用另外一种对齐方式。这将会导致重大问题。

比如,foo结构,我们的DLL使用默认对齐选项,对齐为:
c1 00000000, s 00000002, c2 00000004, i 00000008,同时sizeof(foo) == 12。
而第三方将对齐选项关闭,导致:
c1 00000000, s 00000001, c2 00000003, i 00000004,同时sizeof(foo) == 8。

如何使用c/c++中的对齐选项

vc6中的编译选项有 /Zp[1|2|4|8|16] ,/Zp1表示以1字节边界对齐,相应的,/Zpn表示以n字节边界对齐。n字节边界对齐的意思是说,一个成员的地址必须安排在成员的尺寸的整数倍地址上或者是n的整数倍地址上,取它们中的最小值。也就是:
min ( sizeof ( member ), n)

实际上,1字节边界对齐也就表示了结构成员之间没有空洞。

/Zpn选项是应用于整个工程的,影响所有的参与编译的结构。

要使用这个选项,可以在vc6中打开工程属性页,c/c++页,选择Code Generation分类,在Struct member alignment可以选择。

要专门针对某些结构定义使用对齐选项,可以使用#pragma pack编译指令。指令语法如下:
#pragma pack( [ show ] | [ push | pop ] [, identifier ] , n )

意义和/Zpn选项相同。比如:

#pragma pack(1)
struct foo_pack
{
char c1;
short s;
char c2;
int i;
};
#pragma pack()

栈内存对齐

我们可以观察到,在vc6中栈的对齐方式不受结构成员对齐选项的影响。(本来就是两码事)。它总是保持对齐,而且对齐在4字节边界上。

验证代码

#include <stdio.h>

struct foo
{
char c1;
short s;
char c2;
int i;
};

struct bar
{
char c1;
char c2;
short s;
int i;
};

#pragma pack(1)
struct foo_pack
{
char c1;
short s;
char c2;
int i;
};
#pragma pack()


int main(int argc, char* argv[])
{
char c1;
short s;
char c2;
int i;

struct foo a;
struct bar b;
struct foo_pack p;

printf("stack c1 %p, s %p, c2 %p, i %p\n",
(unsigned int)(void*)&c1 - (unsigned int)(void*)&i,
(unsigned int)(void*)&s - (unsigned int)(void*)&i,
(unsigned int)(void*)&c2 - (unsigned int)(void*)&i,
(unsigned int)(void*)&i - (unsigned int)(void*)&i);

printf("struct foo c1 %p, s %p, c2 %p, i %p\n",
(unsigned int)(void*)&a.c1 - (unsigned int)(void*)&a,
(unsigned int)(void*)&a.s - (unsigned int)(void*)&a,
(unsigned int)(void*)&a.c2 - (unsigned int)(void*)&a,
(unsigned int)(void*)&a.i - (unsigned int)(void*)&a);

printf("struct bar c1 %p, c2 %p, s %p, i %p\n",
(unsigned int)(void*)&b.c1 - (unsigned int)(void*)&b,
(unsigned int)(void*)&b.c2 - (unsigned int)(void*)&b,
(unsigned int)(void*)&b.s - (unsigned int)(void*)&b,
(unsigned int)(void*)&b.i - (unsigned int)(void*)&b);

printf("struct foo_pack c1 %p, s %p, c2 %p, i %p\n",
(unsigned int)(void*)&p.c1 - (unsigned int)(void*)&p,
(unsigned int)(void*)&p.s - (unsigned int)(void*)&p,
(unsigned int)(void*)&p.c2 - (unsigned int)(void*)&p,
(unsigned int)(void*)&p.i - (unsigned int)(void*)&p);

printf("sizeof foo is %d\n", sizeof(foo));
printf("sizeof bar is %d\n", sizeof(bar));
printf("sizeof foo_pack is %d\n", sizeof(foo_pack));

return 0;
}

帖2:
#include "stdio.h"
#include <iostream.h>

struct s1
{
char a; //下一个的偏移应该%min(sizeof(double),8),当前偏移为1,所以填充7位(8是指系统默认对齐为8)
double b; //当前偏移为16,16%min(sizeof(int),8)==0,所以不用填充
int c; //当前偏移为20,20%min(sizeof(char),8)==0,所以不用填充
char d; //整体偏移为21
}; //21%min(max(结构体中最大的sizeof值8),(默认pack的值8)) !=0 所以填充3位 大小为24

struct s2
{
char a; //下一个的偏移应该%min(sizeof(char),8),当前偏移已经为1,所以不用填充
char b; //下一个的偏移应该%min(sizeof(int),8),当前偏移已经为2,所以填充2位
int c; //下一个的偏移应该%min(sizeof(double),8),当前偏移已经为8,所以不用填充
double d; //整体偏移为16
}; //16%min(max(结构体中最大的sizeof值8),(默认pack的值8)) ==0 所以不用填充 大小为16

#pragma pack(4)
struct s3
{
char a; //下一个的偏移应该%min(sizeof(double),4),当前偏移为1,所以填充3位
double b; //下一个的偏移应该%min(sizeof(int),4),当前偏移为12,所以不用填充
int c; //下一个的偏移应该%min(sizeof(int),4),当前偏移为16,所以不用填充
char d; //整体偏移为17
}; //17%min(max(结构体中最大的sizeof值8),(pack的值4)) !=0 所以填充3位 大小为20

struct s4
{
char a; //下一个的偏移应该%min(sizeof(char),4),当前偏移为1,所以不用填充
char b; //下一个的偏移应该%min(sizeof(int),4),当前偏移为2,所以填充2位
int c; //下一个的偏移应该%min(sizeof(double),4),当前偏移为8,所以不用填充
double d; //整体偏移为16
}; //16%min(max(结构体中最大的sizeof值8),(pack的值4)) ==0 所以不用填充, 大小为16

int main()
{
cout<<sizeof(s1)<<endl<<sizeof(s2)<<endl;
cout<<sizeof(s3)<<endl<<sizeof(s4)<<endl;
return 0;
}


对不礼貌的女生收钱......
2006-08-23 15:05
inku
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以下是引用soft_wind在2006-8-23 15:05:41的发言:.....

谢谢,可是对我来说太深奥了,不过了解一下也不错,前辈你太强了,一定在公司里做程序设计吧!强人啊!!

2006-08-23 16:29
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