编译器如何为这个结构分配内存？ [复制]答案

【问题标题】：How does compiler allocates memory to this struct? [duplicate]编译器如何为这个结构分配内存？ [复制]
【发布时间】：2013-07-20 09:40:15
【问题描述】：

我在尝试使用命名空间和结构时遇到了问题。

C++

#include<iostream>
using namespace std;

namespace One
{
    struct Data
    {
        int val;
        char character;
    };
}

namespace Two
{
    struct Data
    {
        int val;
        bool boolean;
    };
}

void functionOne(void)
{
    using namespace One;
    cout << "functionOne()" << endl;
    cout << "The size of struct Data : ";
    cout << sizeof(Data) << endl;
}

void functionTwo(void)
{
    using namespace Two;
    cout << "functionTwo()" << endl;
    cout << "The size of struct Data : ";
    cout << sizeof(Data) << endl;
}

int main()
{
    functionOne();
    functionTwo();    
} 

Output
functionOne()
The size of struct Data : 8
functionTwo()
The size of struct Data : 8

当我将“命名空间二”的代码更改为以下内容时：

namespace Two
{
    struct Data
    {
        char val;
        bool boolean;
    };
}

Output :

functionOne()
The size of struct Data : 8
functionTwo()
The size of struct Data : 2

我无法弄清楚编译器如何为结构分配内存。提前致谢。

【问题讨论】：

@CarlNorum 链接中的答案说明了 32 位架构。我可以知道对齐（通常）是在 64 位架构上完成的吗？
@mozart，你的例子可能是一样的。

标签： c++ namespaces

【解决方案1】：

这里的问题很可能是由于对齐要求。如果我没记错的话，结构是根据其成员的最大对齐要求对齐的。在您的结构的第一个版本中，您有int; char;。似乎在您的机器上 int 以 4 个字节对齐，因此编译器在 char 之后用额外的 3 个字节填充结构。在第二个版本中，您只有 bool; char;，它们的大小均为 1 字节，并且与 1 字节对齐（在您的机器上），因此编译器不需要填充任何内容，因此大小回落到 2。

我指定了“在您的机器上”，因为这可能因多种因素而异。

让我们做一个漂亮的图表！

// One::Data (version 1)
0              4              5                7
[int (size 4), char (size 1), padding (size 3)][...]
// Because of alignment restrictions on int, this needs a padding of 3 bytes

// Two::Data (version 1)
0              4              5                7
[int (size 4), bool (size 1), padding (size 3)][...]
// Because of alignment restrictions on int, this needs a padding of 3 bytes

// One::Data (version 2), no change

// Two::Data (version 2)
0               1             2
[char (size 1), bool (size 1)][...]
// No alignment restrictions, therefore no padding is required

【讨论】：

第二个命名空间的改版，为什么要分配8个字节？ 3个字节用作填充吗？
@mozart 我在看你的问题，修改后的版本是 2 号？
对我的回答进行了澄清。

【解决方案2】：

关于编译器如何分配内存的官方回答是 “随心所欲”。有一些限制，但不是许多。但是，在这种情况下，您所看到的逻辑：许多类型有（或可能有）对齐限制，并且必须放置在某个地址的倍数价值。这些限制传播到任何班级其中包含该类型的成员，否则，您无法尊重班级成员的对齐方式。显然，在您的机器上，bool 的大小为 1（并且 char 必须有大小为 1)，int 的大小为 4，也必须对齐在 4 的地址倍数上。所以在 One::Data 和 Two::Data 中，你有一个int，然后是char 或bool，然后是足够的填充字节以构成结构的总大小 4 的倍数。（原则上，char/bool 和填充可以按任何顺序混合，但实际上，每个我见过的编译器将填充放在任何声明之后。）

因为bool 和char 都没有任何对齐限制，不需要在类中填充每个只包含一个。

请注意，这取决于机器和编译器。在一些机器（例如 Sun Sparc 或 IBM 大型机），访问未对齐的值会导致硬件陷阱，编译器是几乎需要对齐（并插入填充）。在英特尔上，在另一方面，未对齐的访问将起作用，但有明显的性能受到打击；编译器通常在此处强制对齐（并且 Windows 和 Linux 二进制 API 都需要它），但是编译器可能会忽略它，而一些非常早期的英特尔编译器做到了，早在内存比现在更紧的时候现在。（这实际上是一个有趣的问题，它给出了现代机器上的最高性能。如果你有一个大具有您的结构之一的数组，由于额外的内存访问 to misalignment 可能会从缓存中解决，或者即使是从内存读取管道，只需很少的额外成本，而较小的对象可能会导致较少的缓存未命中，从而获得更好的性能。但我没有采取任何措施，所以我只是猜测。）

还有一点需要注意的是，标准要求该类成员按顺序分配。从技术上讲，只有在没有它们之间的访问说明符，但实际上，所有编译器总是按顺序分配它们。因此，如果您有这样的课程：

struct T
{
    double d1;
    char c1;
    double d2;
    char c2;
};

它将（通常）大小为 32，其中：

struct T
{
    double d1;
    double d2;
    char c1;
    char c2;
};

只有 24 的大小。回到内存的时代紧，我们经常关注这些事情，但现在地方性有时是一个问题，也许这样做是值得的再次：按变量大小的顺序声明变量，使用首先是最大的。

【讨论】：