最近在做一個項(xiàng)目，遇到一個問題，運(yùn)行于ARM上的threadx在與DSP通信采用消息隊(duì)列的方式傳遞消息（最終實(shí)現(xiàn)原理是中斷 共享內(nèi)存的方式），在實(shí)際操作過程中發(fā)現(xiàn)threadx總是crash，于是經(jīng)過排查，是因?yàn)閭鬟f消息的結(jié)構(gòu)體沒有考慮字節(jié)對齊的問題。

隨手整理一下C語言中字節(jié)對齊的問題與大家一起分享。

一、概念

對齊跟數(shù)據(jù)在內(nèi)存中的位置有關(guān)。如果一個變量的內(nèi)存地址正好位于它長度的整數(shù)倍，他就被稱做自然對齊。比如在32位cpu下，假設(shè)一個整型變量的地址為0x00000004，那它就是自然對齊的。

首先了解什么位、字節(jié)、字

名稱	英文名	含義
位	bit	1個二進(jìn)制位稱為1個bit
字節(jié)	Byte	8個二進(jìn)制位稱為1個Byte
字	word	電腦用來一次性處理事務(wù)的一個固定長度

字長

一個字的位數(shù)，現(xiàn)代電腦的字長通常為16，32， 64位。(一般N位系統(tǒng)的字長是N/8字節(jié)。)

不同的CPU一次可以處理的數(shù)據(jù)位數(shù)是不同的，32位CPU可以一次處理32位數(shù)據(jù)，64位CPU可以一次處理64位數(shù)據(jù)，這里的位，指的就是字長。

而所謂的字長，我們有時會稱為字（word）。在16位的CPU中，一個字剛好為兩個字節(jié)，而32位CPU中，一個字是四個字節(jié)。若以字為單位，向上還有雙字（兩個字），四字（四個字）。

二、對齊規(guī)則

對于標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)類型，它的地址只要是它的長度的整數(shù)倍就行了，而非標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)類型按下面的原則對齊：　　數(shù)組 ：按照基本數(shù)據(jù)類型對齊，第一個對齊了后面的自然也就對齊了。聯(lián)合 ：按其包含的長度最大的數(shù)據(jù)類型對齊。結(jié)構(gòu)體：結(jié)構(gòu)體中每個數(shù)據(jù)類型都要對齊。

三、如何限制定字節(jié)對齊位數(shù)？

1. 缺省

在缺省情況下，C編譯器為每一個變量或是數(shù)據(jù)單元按其自然對界條件分配空間。一般地，可以通過下面的方法來改變?nèi)笔〉膶鐥l件：

2. #pragma pack(n)

· 使用偽指令#pragma pack (n)，C編譯器將按照n個字節(jié)對齊?！?使用偽指令#pragma pack ()，取消自定義字節(jié)對齊方式。

#pragma pack(n) 用來設(shè)定變量以n字節(jié)對齊方式。n字節(jié)對齊就是說變量存放的起始地址的偏移量有兩種情況：

1. 如果n大于等于該變量所占用的字節(jié)數(shù)，那么偏移量必須滿足默認(rèn)的對齊方式
2. 如果n小于該變量的類型所占用的字節(jié)數(shù)，那么偏移量為n的倍數(shù)，不用滿足默認(rèn)的對齊方式。

結(jié)構(gòu)的總大小也有一個約束條件，如果n大于等于所有成員變量類型所占用的字節(jié)數(shù)，那么結(jié)構(gòu)的總大小必須為占用空間最大的變量占用的空間數(shù)的倍數(shù)；否則必須是n的倍數(shù)。

3. __attribute

另外，還有如下的一種方式：· __attribute((aligned (n)))，讓所作用的結(jié)構(gòu)成員對齊在n字節(jié)自然邊界上。如果結(jié)構(gòu)中有成員的長度大于n，則按照最大成員的長度來對齊?！?attribute ((packed))，取消結(jié)構(gòu)在編譯過程中的優(yōu)化對齊，按照實(shí)際占用字節(jié)數(shù)進(jìn)行對齊。

3. 匯編.align

匯編代碼通常用.align來制定字節(jié)對齊的位數(shù)。

.align:用來指定數(shù)據(jù)的對齊方式,格式如下：

.align?[absexpr1,?absexpr2]
以某種對齊方式,在未使用的存儲區(qū)域填充值. 第一個值表示對齊方式,4, 8,16或 32. 第二個表達(dá)式值表示填充的值。

四、為什么要對齊？

操作系統(tǒng)并非一個字節(jié)一個字節(jié)訪問內(nèi)存，而是按2，4，8這樣的字長來訪問。因此，當(dāng)CPU從存儲器讀數(shù)據(jù)到寄存器，IO的數(shù)據(jù)長度通常是字長。如32位系統(tǒng)訪問粒度是4字節(jié)(bytes), 64位系統(tǒng)的是8字節(jié)。當(dāng)被訪問的數(shù)據(jù)長度為n字節(jié)且該數(shù)據(jù)地址為n字節(jié)對齊時，那么操作系統(tǒng)就可以高效地一次定位到數(shù)據(jù)，無需多次讀取，處理對齊運(yùn)算等額外操作。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)應(yīng)該盡可能地在自然邊界上對齊。如果訪問未對齊的內(nèi)存，CPU需要做兩次內(nèi)存訪問。

字節(jié)對齊可能帶來的隱患:

代碼中關(guān)于對齊的隱患，很多是隱式的。比如在強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換的時候。例如：

unsigned?int?i?=?0x12345678;
unsigned?char?*p=NULL;
unsigned?short?*p1=NULL;

p=