理解C中的内存对齐约束和填充字节

Question

下面是代码片段。

#include<stdio.h>
int main(){
    typedef struct{
        int a;
        int b;
        int c;
        char ch1;
        int d;
    } str;
    printf("Size: %d \n",sizeof(str));
    return 0;
}

它提供的输出如下

Size: 20

我知道structure的大小大于structure组件大小的总和，因为填充是为了满足记忆对齐约束而添加的。我想知道如何决定要添加多少字节的填充。这取决于什么？它取决于CPU架构吗？它也取决于编译器吗？我在这里使用64位CPU和gcc编译器。如果这些参数发生变化，输出将如何变化。

我知道StackOverflow上也有类似的问题，但它们并没有彻底解释这种内存对齐约束。

Answer 1

它一般取决于体系结构的需求。这里上有负载，但可以总结如下：

x86或ARM处理器上的基本C数据类型的存储通常不会从内存中的任意字节地址开始。相反，除char以外的每种类型都有对齐的要求；字符可以在任何字节地址上开始，但是2字节的短路必须从偶数地址开始，4字节的ints或浮动必须从可被4除的地址开始，8字节的长或双必须从可被8整除的地址开始。签名或无符号没有区别。

在您的例子中，可能会发生以下情况：sizeof(str) = 4 (4 bytes for int) + 4 (4 bytes for int) + 1 ( 1 byte for char) + 7 (3 bytes padding + 4 bytes for int) = 20

填充在那里，所以int位于一个4字节的多个地址上。这一需求来自于这样一个事实：int有4个字节长(我对您正在使用的体系结构的假设)。但这将因建筑而异。

Answer 2

这取决于什么？它取决于CPU架构吗？它也取决于编译器吗？

至少CPU、操作系统和编译器。

Answer 3

我知道它取决于CPU架构，我认为您可以在网上找到一些有趣的文章来讨论这个问题，维基百科在我看来还不错。

对我来说，我使用的是64位linux机器，我可以说的是，每个字段都是对齐的，因此它位于一个内存地址上(对于基本类型)，内存地址可以被其大小整除，例如：

int和float由4对齐(必须位于可被4整除的内存入口中)

char和bool 1(这意味着没有填充)

double和pointers按8对齐

避免填充的最佳方法是将字段从最大到最小(当只有基本字段时)。

当有组合字段时，我在这里更难解释，但我认为您可以自己在一篇论文中找到它。