By Long Luo
引言
在上一篇以空间换时间，Struct(结构体)中的成员对齐之道(上)中，我们了解到struct ALIGN2和struct ALIGN3的成员变量都是1个int型，1个char型及1个short型，可是它们所占的空间却1个是8字节，一个是12字节。
为什么会有这样的区别呢？
通过上篇关于对齐的介绍，我们已经猜测这是因为编译器对其作了对齐的处理所致，但是编译器处理的细节具体是什么呢？
在这一篇里，我们将对程序的编译，汇编，链接进行逐一分析，解开这个谜团。
不要走开，下面更精彩！
编译过程：
一般情况下，C程序的编译过程为
- 预处理
- 编译成汇编代码
- 汇编成目标代码
- 链接
这一篇我们将使用gcc对上述几个过程进行仔细分析，了解其处理细节。
首先我们看一个例子，源码如下：
/************************************************************************************
** File: - Z:\code\c\Alignment\Align.c
**
** Copyright (C), Long.Luo, All Rights Reserved!
**
** Description:
** Align.c --- To learn the details of Alignment by the compiler.
**
** Version: 1.1
** Date created: 22:33:50,10/12/2012
** Author: Long.Luo
**
** --------------------------- Revision History: --------------------------------
** <author> <data> <desc>
**
************************************************************************************/
#include <stdio.h>
struct ALIGN2
{
char mA;
int mB;
short mC;
};
struct ALIGN3
{
int mB;
char mA;
short mC;
};
int main(void)
{
struct ALIGN2 aln2;
struct ALIGN3 aln3;
printf("The size of struct ALIGN2 is: %d\n", sizeof(aln2));
printf("\t aln2.mA=0x%x, aln2.mB=0x%x, aln2.mC=0x%x\n", &aln2.mA, &aln2.mB, &aln2.mC);
printf("The size of struct ALIGN3 is: %d\n", sizeof(aln3));
printf("\t aln3.mA=0x%x, aln3.mB=0x%x, aln3.mC=0x%x\n", &aln3.mA, &aln3.mB, &aln3.mC);
return 0;
}
接下来我们对Align.c按照C程序的编译流程进行一一分析，如下所示：
1. 预处理
输出文件的后缀为：*.cpp文件。
struct_5_1.jpg
2. 编译成汇编代码
-
使用-x参数说明根据指定的步骤进行工作，
cpp-output指明从预处理得到的文件开始编译； -
使用-S说明生成汇编代码后停止工作
gcc –x cpp-output –S –o align.s align.cpp
struct_5_2.jpg
我们也可以直接编译到汇编代码：
gcc –S Align.c
得到align.s文件之后，在最开始之处我们可以看到：
.file "Align.c"
.section .rodata
.align 4
其中的.align 4就表明了其后面所有的数据都遵守4字节对齐的限制。
3. 编译成目标代码
汇编代码--->目标代码
struct_5_3.jpg
4. 编译成执行代码
目标代码-->执行代码
最终的输出结果如下所示：
struct_5_4.jpg
内存分析
我们可以绘出struct ALIGN2和struct ALIGN3的内存分配图：
struct_5_5.jpg
假如我们不对齐？
上图是内存对齐的struct ALIGN2和struct ALIGN3的内存分配情况，但是假如我们不对齐呢？
其内存分配如下所示：
struct_5_6.jpg
很明显，int mB和short mC都不满足对齐要求。
对齐的好处是什么呢？
通过上一节，我们知道了如果不对齐，我们可以节省出几个byte的内存空间，在计算机世界中，可以对齐也可以不对齐，但是实际中，都做了对齐。
那么，对齐的好处是什么呢？
答案是：对齐是在时间和空间之间做了一个tradeoff!
对齐可以提高取数据的效率！
在IA32架构中，数据总线是32位，即一次可以存取4个字节的数据。
在对齐的情况下，struct ALIGN2的每个成员都可以在一个指令周期内完成；
而假设我们的struct ALIGN2没有对齐，那么对于struct ALIGN2中char mA，CPU可以一次取出4个字节获得低位的一个字节，同时需要将高位的3个字节保存在寄存器中，之后的int mB，CPU必须再取得低位的1个字节并通之前保存在寄存器中的数据结果组合在一起，每一个都需要好几条指令，是不是相当麻烦？
如何自定义对齐？
那肯定有同学要问了，有没有办法让处理器按照自己的要求进行地址对齐呢？
---当然可以！
我们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，其中的n就是你要指定的“对齐系数”。
比如，我想让处理器按照1个字节的方式对齐，则代码如下:
/************************************************************************************
** File: - Z:\code\c\Alignment\AlignPackOne.c
**
** Copyright (C), Long.Luo, All Rights Reserved!
**
** Description:
** Align.c --- To learn the details of Alignment by the compiler.
**
** Version: 1.1
** Date created: 23:39:05,10/12/2012
** Author: Long.Luo
**
** --------------------------- Revision History: --------------------------------
** <author> <data> <desc>
**
************************************************************************************/
#include <stdio.h>
#pragma pack(1)
struct ALIGN2
{
char mA;
int mB;
short mC;
};
struct ALIGN3
{
int mB;
char mA;
short mC;
};
int main(void)
{
struct ALIGN2 aln2;
struct ALIGN3 aln3;
printf("The size of struct ALIGN2 is: %d\n", sizeof(aln2));
printf("\t aln2.mA=0x%x, aln2.mB=0x%x, aln2.mC=0x%x\n", &aln2.mA, &aln2.mB, &aln2.mC);
printf("The size of struct ALIGN3 is: %d\n", sizeof(aln3));
printf("\t aln3.mA=0x%x, aln3.mB=0x%x, aln3.mC=0x%x\n", &aln3.mA, &aln3.mB, &aln3.mC);
return 0;
}
编译之后输出结果如下：
struct_5_7.jpg
可以看出，在我们要求的1字节对齐方式下，struct ALIGN2和struct ALIGN3的结果都是7，只占了4+2+1个字节，内存空间一个字节都利用到极致。
至此，关于内存对齐就到此告一段落了，你弄明白了吗？
之前的系列文章，我们的struct都有成员变量，那么你有没有考虑过如果过struct完全是空的情况呢？
下一篇我们将重点探讨这个问题！
不要走开，后面更精彩！
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