通过变量排列优化内存

Question

我刚刚学到了关于如何优化记忆的新知识。

概念上说:变量总是存储在一个​​8字节的区域中，如果不是8字节，它将被填充。

你可以看到这张照片的插图。

​

​

我试着用sizeof()命令测试它，讽刺的是它没有像预期的那样工作。对吗？我怎么用代码来证明呢？

Answer 1

我认为你误解或曲解了你所受的教育。声明：

变量将始终存储在​​8字节的区域中，

图不支持(事实上是显式矛盾的)，如果这是真的，那么任何数量的“变量排列”都不会对内存使用产生任何影响，因为所有成员都会占用相同的填充空间。这根本不是图表所说明的，我也怀疑你并没有真正学到什么。

它在任何情况下都是定义的实现，例如8、16、32和64位平台可能具有不同的最佳对齐方式，如果优化目标是最小空间，或者应用编译器指令或选项来强制不同的对齐，编译器可以也可能不会产生最佳性能对齐。

例如，您的图表表明，如果交换了bool和double，那么结构大小可能是16字节，而不是24字节。

关于：

如何用代码来证明它？

因为它是定义的，所以您可以在某些平台/编译器实现中同样地否定它。然而，为了检验这一假设，并调查任何具体的执行情况，请考虑：

#include <stdio.h>
#include <stdbool.h>
#include <stdint.h>

int main()
{
    struct 
    { 
         bool a ; 
         double b ;  
         uint16_t c ; 
         uint32_t d ; 
    } foo ; 
     
    struct 
    { 
         double b ;  
         bool a ; 
         uint16_t c ; 
         uint32_t d ; 
    } bar ; 
     
    printf("foo: %lu\n", sizeof(foo) ) ;
    printf("bar: %lu\n", sizeof(bar) ) ;

    return 0;
}

至少在https://onlinegdb.com/jknxFt0Sx中，它输出：

foo: 24
bar: 16

它演示了图表中所建议的行为，但显然否定了“变量将始终存储在​​8字节的区域，.”。

更重要的是，在应用了实现、定义的对齐和填充之后，通常依赖于成员各自大小的成员排序会影响结构的总体大小。

图表实际上说明的是，成员对齐取决于它们的大小。因此，单个字节可以有任意地址，16位类型甚至有地址，32位类型具有可被4除的地址，64位类型可以被8除。现在，在任何特定的实现中，这可能是正确的，也可能不是正确的，但是最小化结构的大小的方法是分组成员，使它们在保持所需的对齐的同时没有填充。

通常，默认对齐可以被操作(由编译器定义的机制)。比如gcc：

    struct 
    { 
         bool a ; 
         double b ;  
         uint16_t c ; 
         uint32_t d ; 
    } __attribute__((packed)) foo ; 
     
    struct 
    { 
         double b ;  
         bool a ; 
         uint16_t c ; 
         uint32_t d ; 
    } __attribute__((packed)) bar ; 

结果在这两种结构的大小为15，而不管平台的首选或所需的对准。在不支持对齐访问的平台上，这种结构会生成额外的代码来访问未对齐的成员，并且在某些(Mis)中可能会导致异常。

Answer 2

你把尺寸和对齐搞混了

字符的大小总是1，它由c标准定义。

对齐是指该变量的地址是某个特定值(通常为2、4、8或16)的倍数。

为什么变量是对齐的？在一些CPU上，各种类型的数据必须以均匀的边界或4的倍数开始。其他CPU类型的数据对齐性好得多。编译器知道这一点，因此他们将在内存中布局东西，以便正确地和/或优化地对齐。

看见

Why is integer assignment on a naturally aligned variable atomic on x86?

INTEL X86，why do align access and non-align access have same performance?

对齐导致变量之间未使用内存。

THe sizeof运算符告诉您变量的大小，而不管它是如何对齐的。它没有考虑到调整。