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C++ 中的对齐设置

2023-07-11 21:45:47 深夜i -- --

对齐（Alignment）数据结构（Data structure）位域（Bit field）内存管理（Memory m

C++ 中的对齐设置位于内存管理的一个重要方面，它直接影响着程序的性能和内存占用情况。对于 C++ 语言而言，对齐设置是指对数据结构中每个成员变量的内存布局进行规范化处理。通过对齐设置，我们可以提高空间的利用率，并且减少因为内存对齐带来的访问内存缓存的消耗。

在 C++ 中，对齐设置的默认值是跟随计算机架构的，一般为 8 字节对齐。这就意味着，在一个包含 int 和 double 类型的数据结构中，int 类型占用了 4 字节，而 double 类型占用 8 字节，因此需要在 int 类型后面插入 4 个字节的内存空间才能对齐 double 类型。如果没有进行对齐，那么在访问 double 类型时就会涉及到内存读取与字节拼接的操作，这会对程序的性能造成非常严重的影响。

为了避免这种情况，我们可以通过在定义数据结构时添加对齐设置，将数据结构中的每个成员变量按照指定的字节对齐。我们可以使用 C++ 中的 alignas() 函数来进行对齐设置。alignas(n) 表示后面的变量在内存中需要按照 n 字节对齐。例如，下面的代码定义了一个结构体，其中包含两个变量，一个 int 类型和一个 double 类型，并对 double 类型进行了 16 字节对齐：


#include <iostream>
#include <cstddef>
struct myStruct {
  int x;
  alignas(16) double y;
};
int main() {
  std::cout << "Size of myStruct: " << sizeof(myStruct) << std::endl;
  std::cout << "Alignment of myStruct: " << alignof(myStruct) << std::endl;
  return 0;
}

上述代码输出的结果是：

Size of myStruct: 24 Alignment of myStruct: 16

可以看到，myStruct 的内存对齐方式是按照 16 字节对齐的，因此它的大小为 24 字节。这种对齐设置可以使得程序的内存访问效率更高，因为机器可以直接通过寄存器访问内存，而不需要进行字节拼接的操作。

总之，对齐设置是 C++ 中一个非常重要的概念。合理的对齐设置可以使程序的性能和内存占用情况得到优化。如果你正在编写 C++ 程序，那么一定要根据实际情况进行对齐设置，这将有助于让你的程序更加高效。

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