為什么鳥哥說 int 再怎么隨機也申請不到奇數地址

klinson 發布于2019-06-28 14:33 / 986人閱讀

摘要：棧上各個變量申請的內存，返回的地址是這段連續內存的最小的地址。為什么用一個位的十六進制來呢因為個字節，一個字節有位，每位有兩個狀態，那么就是，也就是。為什么用，純屬演示方便。結構體里的字節對齊以成員中自身對齊值最大的那個值為標準。

原文：我的個人博客 https://mengkang.net/1046.html
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鳥哥微博

為什么要字節對齊

需要字節對齊的根本原因在于CPU訪問數據的效率問題。因為CPU每次都是從以4字節（32位CPU）或是8字節（64位CPU）的整數倍的內存地址中讀進數據的。（更深入的原因，誰告知下），如果不對齊的話，很有可能一個4字節int需要分兩次讀取。具體演示看下面的實驗。

數據類型自身的對齊值

按各數據類型自身大小進行對齊。變量的內存地址正好位于它長度的整數倍

實驗

#include 

int main(int argc, char const *argv[])
{   
    char a = 1; // 0x7fff5fbff77f,sizeof(a):1
    int  b = 1; // 0x7fff5fbff778,sizeof(b):4
    int  c = 1; // 0x7fff5fbff774,sizeof(c):4
    char d = 1; // 0x7fff5fbff773,sizeof(e):1
    int  e = 1; // 0x7fff5fbff76c,sizeof(f):4
    
    printf("%p,sizeof(a):%lu
",&a,sizeof(a));
    printf("%p,sizeof(b):%lu
",&b,sizeof(b));
    printf("%p,sizeof(c):%lu
",&c,sizeof(c));
    printf("%p,sizeof(d):%lu
",&d,sizeof(d));
    printf("%p,sizeof(e):%lu
",&e,sizeof(e));

    return 0;
}

輔助以圖片說明，該圖左側是上面代碼的內存圖，灰色部分表示該程序未使用的內存。右側是在上面代碼的基礎上在char a后面聲明了一個short f。

從上面的實驗和圖上我們可以找出以下規律：

abcde 五個變量的內存地址從大到下依次分配的；

如果你細看，會發現它們的內存地址并不是緊密挨著的；

而且int 類型的變量的內存地址都是偶數（這也就是為什么鳥哥微博中說的不可能存在奇數的 int 變量的地址了）；

再細看，發現 int 變量的地址都是可以被4整除，所以在棧上各變量是按各數據類型自身大小進行對齊的。

新增的short f 地址也并沒有緊挨著a，而是跟自身數據大小對齊，也就是偶數地址開始申請。

棧上各個變量申請的內存，返回的地址是這段連續內存的最小的地址。

反過來想，如果不對齊，比如上例中的 a,b,c 三個變量的內存地址緊挨著，而CPU每次只讀取8個字節，也就是說變量 c 還有最后一個字節沒有讀取進來。訪問數據效率就降低了。

棧上各個變量申請的內存，返回的地址是這段連續內存的最小的地址。這是怎么回事呢？

我們還是通過實驗來驗證下我上面畫的內存圖，假如我有一個int變量，它的值占了滿了4個字節，那么它的四個字節里是怎么存放數據的，我們用十六進制來演示0x12345678。

為什么用一個8位的十六進制來呢？因為int 4個字節，一個字節有8位，每位有0/1兩個狀態，那么就是2^8=256，也就是16^2。所以用了一個8位的16進制數正好可以填滿一個 int 的內存。

為什么用12345678，純屬演示方便。

我先存了變量 b，然后以 char 指針 p 來依次訪問 b 的四個字節的使用情況。

#include 

int main(int argc, char const *argv[])
{
    char a = 1;             // 0x7fff5fbff777
    int  b = 0x12345678;    // 0x7fff5fbff770
    char c = 1;             // 0x7fff5fbff76f
    printf("%p
",&a);
    printf("%p
",&b);
    printf("%p
",&c);

    char *p = (char *)&b;
    
    printf("%x %x %x %x
", p[0],p[1],p[2],p[3]); // 78 56 34 12
    printf("%p %p %p %p
", &p[0],&p[1],&p[2],&p[3]); // 0x7fff5fbff770 0x7fff5fbff771 0x7fff5fbff772 0x7fff5fbff773
        
    return 0;
}

變量 b 0x12345678的最高位是0x12，最低位是0x78
針對實驗結果我又畫了內存圖，我們可以看到0x12存放在的內存地址要比0x78的大。

這里呢就必須說明下大小端模式

小端法(Little-Endian)就是低位字節排放在內存的低地址端即該值的起始地址，高位字節排放在內存的高地址端。

大端法(Big-Endian)就是高位字節排放在內存的低地址端即該值的起始地址，低位字節排放在內存的高地址端。

所以，我當前的環境是小端序的形式。

為什么會有大端小端之分？
這個就得問硬件廠商了，都比較任性，所以歷史就這樣了。

結構體里的字節對齊

以成員中自身對齊值最大的那個值為標準。

實驗

int main(int argc, char const *argv[])
{
    struct str1{
        char a;
        short b;
        int c;
    };
    
    printf("sizeof(f):%lu
",sizeof(struct str1));
    
    struct str2{
        char a;
        int c;
        short b;
    };
    
    printf("sizeof(g):%lu
",sizeof(struct str2));
    
    struct str1 a;
    printf("a.a %p
",&a.a);
    printf("a.b %p
",&a.b);
    printf("a.c %p
",&a.c);
    
    struct str2 b;
    printf("b.a %p
",&b.a);
    printf("b.c %p
",&b.c);
    printf("b.b %p
",&b.b);

    
    return 0;
}

結果

sizeof(f):8
sizeof(g):12
a.a 0x7fff5fbff778
a.b 0x7fff5fbff77a
a.c 0x7fff5fbff77c
b.a 0x7fff5fbff768
b.c 0x7fff5fbff76c
b.b 0x7fff5fbff770

原理

灰色表填充用來對齊，保證最后結構體大小是最長的成員的大小的整數倍。

例外

實際工作中是否不按字節對齊的情況呢？有的，比如我們的 rpc 框架里面進行數據傳輸的時候，會選擇設置為緊湊型，這樣就可以輕松做到跨平臺，跨語言了。
在網絡程序中采用#pragma pack(1),即變量緊縮，不但可以減少網絡流量，還可以兼容各種系統，不會因為系統對齊方式不同而導致解包錯誤。

實戰舉例 yar_header 中使用 #pragma pack(1) 和 attribute ((packed)) 的意義

云服務器 GPU云服務器 com域名為什么個人申請不到隨機地址學完c語言再學什么銷毀的云服務器怎么再登上

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