數據結構對齊

數據結構對齊是代碼編譯後在記憶體的布局與使用方式。包括三方面內容：數據對齊、數據結構填充（padding）與包入（packing）。

基本介紹

• 中文名：數據結構對齊
• 內容：數據對齊等
• 領域：計算機

簡介

現代計算機一般是32比特或64比特地址對齊，如果要訪問的變數沒有對齊，可能會觸發匯流排錯誤。

當數據小於計算機的字（word）尺寸，可能把幾個數據元素放在一個字中，稱為包入（packing）。

許多程式語言自動處理數據結構對齊。Ada語言，PL/I，Pascal，某些C語言與C++實現，D語言，Rust，與彙編語言允許特別控制對齊的方式。

定義

記憶體地址a被稱為n位元組對齊，當a是n的倍數（n應是2的冪）。

一次記憶體訪問被稱為對齊的，當被訪問的數據長度為n位元組且該數據地址為n位元組對齊。如果記憶體未對齊，稱作misaligned。顯然，位元組訪問總是對齊的。

記憶體指針是對齊的，如果它所指的數據是對齊的。指向聚合數據（aggregate data，如struct或數組）是對齊的，若且唯若它的每個組成數據是對齊的。

x86體系結構

x86體系架構最初是不要求記憶體對齊。一些SSE2指令要求數據是128比特(16位元組)對齊。有些CPU指令用於未對齊訪問如MOVDQU。讀寫記憶體操作僅在對齊時才是原子的。

C語言struct在x86上的對齊

C語言數據結構內的成員先後順序不能改變。

常見的C語言編譯器在32比特x86上，double是8位元組對齊，但Linux上是4位元組對齊（編譯選項-malign-double實現8位元組對齊）。

一些編譯器（Microsoft,Borland,GNU,等等）使用#pragmadirective指定對齊的包入（packing）。例如：

#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 */

這個結構在32位系統的大小為6位元組。

預設packing與#pragma pack

Microsoft編譯器的項目預設packing(編譯選項/Zp)與#pragma pack指令。#pragma pack指令僅能減少packing尺寸。

數組步長

數組步長（stride of an array，也稱increment, pitch或step size）是程式設計時，相鄰數組元素在記憶體中的開始地址的距離，度量單位可以是位元組或者數組元素個數。步長不可小於數組元素的尺寸，但可以大於，表示有填充的位元組。

數組步長如果等於數組元素的尺寸，則數組在記憶體中是連續的。這可稱為單位步長（unit stride）。非單位步長適用於二維數組或多維數組。

類型雙關

類型雙關是計算機科學的術語，指任何編程技術能顛覆或者繞過一門程式設計語言的類型系統，以達成在形式語言內部難以甚至不可能實現的效果。

C語言與C++語言，語法結構如類型轉換與union，以及C++增加的reinterpret_cast運算符，用於實現類型雙關。

Pascal語言使用records與variants來按照多種方法處理特定數據類型。