一篇文章带你了解C语言内存对齐公式

2024-07-31 07:10:17

一、前言

每一个特定平台上的编译器都有自己的默认“对齐系数”（也叫对齐模数）。GCC中默认#program pack(4)，即4个字节的内存对齐。Keil也是采用4字节对齐的。也可以通过预编译命令#pragma pack(n)，n = 1,2,4,8,16来改变这一系数，一般情况下尽量使用自然对齐系数，不要修改它。

STM32单片机上各个变量占用的字节数：

二、公式

公式一、结构体变量里，成员的起始地址必须满足：起始地址 % 成员的字节数（sizeof值）= 0 （说白了就是能整除）

公式二、结构体变量的总字节数必须满足：总字节数 % 最大的成员字节数 = 0 （说白了就是能整除）

2.1、例子一

struct te_a{

  /* 公式一 */
	char a;   /* a的起始地址0x00，然后用公式一计算：0x00 % 1(char为1个字节） = 0，所以成员a占用了内存0x00   */
	int  b;   /* b的起始地址0x01 % 4（int为4个字节）不等于0，那么再计算0x02%4还是不等于0，直到0x04 % 4 = 0 ，所以成员b占用了内存0x04 ~ 0x07 */
	char c;   /* 成员b的结尾地址是0x07,所以成员c从0x08开始计算，那么计算0x08 % 1 = 0 , 所以成员c占用了内存0x08 */

}Test1;

OK，经过公式一的运算后，结构体里成员的分布如下：

经过公式一的计算后，结构体变量Test1的大小是9个字节。内存对齐的计算还没有结束，接着使用公式二计算：

结构体变量的总字节数 % 最大的成员字节数 = 0 ，在结构体变量Test1里，最大的成员是b，b的大小是4个字节。那么，当前的结构体变量大小9字节 % 4字节等于 0 。当结构体变量大小为12字节 % 4字节 = 0，所以最终结构体变量Test1占用的内存字节数是12，其内存的分布如下：

以上的都是根据公式计算出来的结果，那实际在单片机里是不是这样呢？把代码下载到STM32单片机里，进入DEBUG模式看看。

从以下的内存分布看来，公式一与公式二的计算没有问题。

2.2、例子二

struct te_a{

  /* 公式一 */
	int   a;  /* a的起始地址是0x00，然后根据公式一计算0x00 % 4 = 0 ,那么成员a占用的内存是0x00 ~ 0x03 */
	float b;  /* b的起始地址是0x04, 然后根据公式一计算0x04 % 4 = 0 ,那么成员b占用的内存是0x04 ~ 0x07 */
	char  c;  /* c的起始地址是0x08, 然后根据公式一计算0x08 % 1 = 0 ,那么成员c占用的内存是0x08 */

}Test1;

OK，经过公式一的运算后，结构体里成员应该占用9个字节的内存，内存的分布如下：

接着根据公式二的运算，结构体的总字节数 % 最大的成员字节数 = 0，可以轻松得出结构体的总字节数 = 12时，满足12 % 4 = 0。所以经过公式二的计算后，内存分布如下：

把代码烧录到STM32，进入Debug模式看看。

2.3、例子三

struct te_a{

  /* 公式一 */
	int     a;  /* a的起始地址是0x00，然后根据公式一计算0x00 % 4 = 0 ,那么成员a占用的内存是0x00 ~ 0x03 */
	float   b;  /* b的起始地址是0x04, 然后根据公式一计算0x04 % 4 = 0 ,那么成员b占用的内存是0x04 ~ 0x07 */
	double  c;  /* c的起始地址是0x08, 然后根据公式一计算0x08 % 8 = 0 ,那么成员c占用的内存是0x08 ~ 0x0F */

}Test1;

OK，经过公式一的运算后，结构体里成员应该占用16个字节的内存，内存的分布如下：

接着根据公式二的运算，结构体的总字节数 % 最大的成员字节数 = 0，那么16 % 8 = 0，运气非常好，公式二不用补位就能让公式二成立。所以经过公式二的运算后，内存还是一样的：