数かず据すえ结构对齐

数かず据すえ结构对齐是ぜ程ほど式しき编译后きさき資料しりょう在ざい記憶きおく體たい內的佈局与あずか使用しよう方式ほうしき。包括ほうかつ三さん方面ほうめん内容ないよう：数かず据すえ对齐、数かず据すえ结构填充たかし（padding）与あずか包つつみ入いれ（packing）。

现代计算机つくえCPU一般いっぱん是ぜ以32位い元もと或ある64位い元もと大だい小作こさく地ち址し对齐，以32位い元もと架か構的てき計算けいさん機き舉例,每次まいじ以連續れんぞく的てき4位い元もと組ぐみ為ため一いち個こ區間くかん,第だい一個位元組的位址位在每次CPU抓つめ取ど資料しりょう大小だいしょう的てき邊あたり界かい上じょう,除じょ此之外がい,如果要よう访问的てき变量没ぼつ有ゆう对齐，可能かのう会かい触さわ发总线错误。

当とう資料しりょう小しょう于计算さん机つくえ的てき字じ（word）尺寸しゃくすん，可能かのう把わ几个資料しりょう放ひ在ざい一いち个字中ちゅう，称しょう为包つつみ入いれ（packing）。

许多编程语言自じ动处理り数かず据すえ结构对齐。Ada语言， PL/I, Pascal, 某ぼう些C语言与あずかC++实现, D语言, Rust, 与あずか汇编语言允まこと许特别控制せい对齐的てき方式ほうしき。

定てい义

内うち存そん地ち址しa被ひ称しょう为n字じ节对齐，a是これn的てき倍数ばいすう（n应是2的てき幂），也可以理解りかい為當ためとう被ひ访问的てき数すう据すえ长度为n 字じ节時，数すう据すえ地ち址し为n字じ节对齐。如果内ない存そん未み对齐，称しょう作さくmisaligned。

内うち存そん指ゆび针是ぜ对齐的てき，如果它所指ゆび的てき数すう据すえ是ぜ对齐的てき。指向しこう聚合数すう据すえ（aggregate data，如struct或ある数すう组）是ぜ对齐的てき，当とう且仅当とう它的每ごと个组成なり数すう据すえ是ぜ对齐的てき。

体系たいけい结构

RISC

大だい多数たすうRISC处理器き在ざい加か载或存そん储指令れい访问错位的てき地ち址し时，会かい产生一个对齐错误。这允许操作そうさ系けい统使用しよう其他指令しれい来らい模も拟错位い的てき访问。例れい如，对齐错误处理程ほど序じょ可か以使用字ようじ节加载或存そん储（其总是ぜ对齐的てき）来らい模も拟更大だい的てき加か载或存そん储指令しれい。

一いち些架构，如MIPS架か构有ゆう特殊とくしゅ的てき无对齐加载和存そん储指令しれい。一条いちじょう无对齐的加か载指令れい从具有ぐゆう最低さいてい字じ节地址し的てき内ない存そん字じ中ちゅう获取字じ节，另一条指令从具有最高字节地址的内存字中获取字节。同どう样的，store-high和わstore-low指令しれい分ぶん别在较高和わ较低的てき内ない存そん字じ中ちゅう存そん储相应的字じ节。

DEC Alpha架か构对不ふ对齐的てき加か载和存そん储采用よう了りょう两步法ほう。第だい一步是将上层和下层的内存字加载到独立的寄存器中。第だい二步是使用类似于MIPS指令しれい的てき特殊とくしゅ低てい/高こう指令しれい来らい提ひっさげ取ど或ある修おさむ改あらため内ない存そん字じ。通つう过将修おさむ改あらため后きさき的てき内ない存そん字じ存そん储到内ない存そん中ちゅう，就完成かんせい了りょう一个无对齐存储。造成ぞうせい这种复杂性せい的てき原因げんいん是ぜ，最初さいしょ的てきAlpha架か构只能のう读取或ある写うつし入いれ32位い或ある64位い的てき值。这被证明是ぜ一个严重的限制，经常导致代だい码臃肿和性能せいのう不ふ佳けい。为了解りょうかい决这个限制せい，在ざい最初さいしょ的てき架か构中加入かにゅう了りょう一いち个名为 "字じ节字扩展"（BXW）的てき扩展。它包括ほうかつ字じ节和字わじ的てき加か载和存そん储指令しれい。

因いん为这些指令しれい比ひ正常せいじょう的てき内ない存そん加か载和存そん储指令れい更さら大だい、更さら慢，所以ゆえん只ただ有ゆう在ざい必要ひつよう时才可か以使用しよう它们。一いち些C和わC++编译器き有ゆう一いち个 "无对齐 "属性ぞくせい，可か以应用よう于需要よう无对齐指令れい的てき指ゆび针。

x86

x86体系たいけい架か构最初はつ是ぜ不ふ要求ようきゅう内ない存そん对齐。一いち些SSE2指令しれい要求ようきゅう数すう据すえ是ぜ128比ひ特とく(16字じ节)对齐。有ゆう些CPU指令しれい用よう于未对齐访问如MOVDQU。读写内ない存そん操作そうさ仅在对齐时才是ぜ原子げんし的てき。

C语言struct在ざいx86上うえ的てき对齐

C语言数かず据すえ结构内的ないてき成なり员按照あきら先さき后きさき顺序在ざい内ない存そん中ちゅう存そん储。

默だま认对齐

结构体たい中ちゅう每まい个成员的类型通常つうじょう有ゆう一个默认的对齐方式，也就是ぜ说，除じょ非ひ程ほど序じょ员另有ゆう要求ようきゅう，否いや则它将はた在ざい一个预先确定的边界上对齐。以下いか典型てんけい的てき对齐方式ほうしき对微ほろ软（Visual C++）、Borland/CodeGear（C++Builder）、Digital Mars（DMC）和わGNU（GCC）的てき编译器き在ざい为32位いx86编译时有效ゆうこう。

一いち个char（一いち个字节）变量将はた被ひ1字じ节对齐。

一いち个short（两个字じ节）变量将はた是ぜ2字じ节对齐的。

一いち个int（四よん个字节）变量将はた是ぜ4字じ节对齐的。

一いち个long（四よん个字节）变量将はた被ひ4字じ节对齐。

一いち个float（四よん个字节）变量将はた是ぜ4字じ节对齐的。

一いち个double（8个字节）变量在ざいWindows上じょう是ぜ8字じ节对齐的，在ざいLinux上じょう是ぜ4字じ节对齐的（用よう-malign-double编译时选项是8字じ节）。

一いち个long long（8个字节）变量将はた被ひ4字じ节对齐。

一いち个long double（C++Builder和わDMC为10个字节，Visual C++为8个字节，GCC为12个字节）变量在ざいC++Builder上じょう将はた是ぜ8字じ节对齐，DMC为2字じ节对齐，Visual C++为8字じ节对齐，GCC为4字じ节对齐。

任にん何なに指ゆび针（四よん个字节）都みやこ将すすむ是ぜ4字じ节对齐的。(例れい如：char*, int*)

与あずか32位い系けい统相比ひ，LP64 64位い系けい统在对齐方面ほうめん唯ただ一值得注意的区别是。

一いち个long（八はち个字节）变量将はた是ぜ8字じ节对齐的。

一いち个double（8个字节）变量将はた是ぜ8字じ节对齐的。

一いち个long long（8个字节）变量将はた是ぜ8字じ节对齐的。

一いち个long double（在ざいVisual C++中ちゅう是ぜ8个字节，在ざいGCC中ちゅう是ぜ16个字节）变量在ざいVisual C++中ちゅう是ぜ8字じ节对齐的，在ざいGCC中ちゅう是ぜ16字じ节对齐的。

任にん何なに指ゆび针（八はち个字节）变量都と将はた是ぜ8字じ节对齐的。

有ゆう些数据すえ类型取と决于实现方式ほうしき。

指定してい对齐

一いち些编译器（Microsoft, Borland, GNU,等ひとし等とう）使用しよう#pragma directive指定してい对齐的てき包つつみ入いれ（packing）。例れい如：

#pragma pack(push)  /* push current alignment to stack */
#pragma pack(1)     /* set alignment to 1 byte boundary */

struct MyPackedData
{
    char Data1;
    long Data2;
    char Data3;
};

#pragma pack(pop)   /* restore original alignment from stack */

这个结构在ざい32位い系けい统的大小だいしょう为6字じ节。

缺かけ省しょうpacking与あずか#pragma pack

Microsoft编译器き的てき项目缺かけ省しょうpacking(编译选项/Zp)与あずか#pragma pack指令しれい。#pragma pack指令しれい仅能减少packing尺寸しゃくすん。

参まいり见

• 数かず组步长
• 类型双そう关
• offsetof

参考さんこう文献ぶんけん

• Bryant, Randal E.; David, O'Hallaron. Computer Systems: A Programmer's Perspective 2003. Upper Saddle River, NJ: Pearson Education. 2003 [2017-11-21]. ISBN 0-13-034074-X. （原始げんし内容ないよう存そん档于2007-08-06）. 

外部がいぶ链接

• IBM developerWorks article on data alignment （页面存そん档备份，存そん于互联网档案あん馆）
• Article on data alignment and performance （页面存そん档备份，存そん于互联网档案あん馆）
• MSDN article on data alignment
• Article on data alignment and data portability （页面存そん档备份，存そん于互联网档案あん馆）
• Byte Alignment and Ordering （页面存そん档备份，存そん于互联网档案あん馆）
• Intel Itanium Architecture Software Developer's Manual （页面存そん档备份，存そん于互联网档案あん馆）
• Data Alignment when Migrating to 64-Bit Intel® Architecture （页面存そん档备份，存そん于互联网档案あん馆）
• PowerPC Microprocessor Family: The Programming Environments for 32-Bit Microprocessors