怎么调试内存溢出的c++代码_【C/C++】内存对齐到底怎么回事？

1 明确几个概念

代码分区：在使用C/C++编程时，我们定义的变量存在于内存中，而内存在C语言的角度上可以分为五大区。局部变量在栈区，静态/全局变量在全局区，动态申请的变量存在于堆区，const修饰的变量/字符常量存在于只读区。无论是什么样的变量，终究在内存中。

CPU取指，译码，执行：存在于内存中的目的是为了CPU通过总线的进行寻址，取指令，译码，执行取数据，内存与寄存器交互，然后CPU运算，再输出数据至内存。这个过程反复的，高速的执行。

CPU位数：在计算机中，最小的存储单元为字节(Byte)，理论上任意地址(比如0x20000002，0x20000003，0x2000011...)都可以通过总线进行访问(CPU寻址)，而每次寻址后，传输的数据大小跟CPU位数相关，常见的CPU位数有8位，16位，32位，64位。位数越高，单次操作执行的数据量越大，性能也就越强。

OS位数：操作系统一般与CPU位数相匹配，32位CPU可以寻址4GB内存空间，可以运行32位的OS。同样，64位的CPU可以运行32位的OS，也可以运行64位的OS。

Compiler：虽然编译器都是在翻译/编译代码，进行预处理(宏展开，头文件展开)，编译(语法检查等)，汇编(翻译为机器码)，链接(重定位等)这四部分的工作。但是不同的编译器的内部默认设置以及用法会有所差异，常用的有GCC，VS，Clang，MinGW等。

2 指定平台

不谈平台，只谈编码，就是在耍流氓。---哈哈哈

这里的平台指的是三大件：CPU + OS + Compiler

本文中实验的平台是：Intel i7 + ubuntu16.04 + gcc5.4

有了上面的基本概念了解，就可以进行分析了。

3 为什么要内存对齐？

原因有两点：

CPU每次寻址都是要消费时间的，如果一次取不完数据就要取多次。比如int类型的变量a占4Byte，假设在内存中没有对齐(所谓对齐，指的是内存中数据的首地址是CPU单次获取数据大小的整数倍)，且存放在0x00000003 - 0x00000006处(0x00000003不是4的整数倍)。那么每次取4字节(32位宽总线)的CPU第一次取到[0x00000000 - 0x00000003]，只得到变量a的1/4数据，进而需要进行第二次取数[0x00000004 - 0x00000007]，为了得到int类型的一个变量，却需要两次访问内存，并且还需要拼接处理，性能较低，这是其一。

有些CPU(ARM架构的)在内存非对齐的情况下，执行二进制代码会崩溃，因为不是所有的硬件平台都能访问任意地址上的任意数据的。倘若代码移植到其他不支持的平台上，不具有可移植性，这是其二。

若在编译时，将分配的内存进行对齐，单次访问内存就可以获取数据，并且具有平台可移植性。

那谁来把我们编写的结构体，类中的成员变量进行对齐呢？

当然是编译器(Compiler)。那对齐的规则又是如何呢？

4 内存对齐规则

编译器提供手动指定对齐值的关键字 #pragma pack(N)，可以手动设置对齐的字节数，比如#pragma pack(1），#pragma pack(4)等。这里即为N。

若没有手动指定，那么编译器就会默认将成员变量中最大的类型字节数设置为对齐值：m

1 整体对齐值：

首先计算对齐单位 n = min{N,m}，然后整体对齐后的字节数应该为n的倍数，不够的在最后面填补占位。

2 成员对齐值：

首个成员的偏置地址(offset) = 0。

假定该成员的类型占字节数 j，那么本成员的偏移地址(offset)：min{n, j}的整数倍。