对齐 (C11)

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C 的低级功能之一是能够指定内存中对象的精确对齐方式，以最大限度利用硬件体系结构。

当数据存储在成倍数据大小的地址中时，CPU 会更有效地读取和写入内存。 例如，如果数据存储在倍数为 4 的地址中，则会更有效地访问 4 字节整数。 如果数据未对齐，则 CPU 需要执行更多地址计算工作来访问数据。

默认情况下，编译器会根据数据的大小对齐数据：char 在 1 字节的边界上对齐，short 在 2 字节的边界上对齐，int、long 和 float 在 4 字节的边界上对齐，double 在 8 字节的边界上对齐，依次类推。

另外，通过将常用数据与处理器的缓存行大小对齐，可以提高缓存性能。 例如，假设定义了一个大小小于 32 个字节的结构。 可能需要使用 32 字节对齐方式，以确保有效缓存结构的所有实例。

通常，无需担心对齐方式。 编译器通常在基于目标处理器和数据大小的自然边界上对齐数据。 在 32 位处理器上，数据最多在 4 字节的边界上对齐，在 64 位处理器上，数据最多在 8 字节的边界对齐。 但是，在某些情况下，你可以通过指定数据结构的自定义对齐方式获得性能提升或节约内存。

使用 C11 关键字 _Alignof 来获取类型或变量的首选对齐方式，使用 _Alignas 来指定变量或用户定义类型的自定义对齐方式。

<stdalign.h> 中定义的便捷宏 alignof 和 alignas 分别映射到 _Alignof 和 _Alignas。 这些宏与 C++ 中使用的关键字匹配。 因此，如果你在两种语言之间共享任何代码，则使用宏（而不是 C 关键字）可能会对代码可移植性有所帮助。

alignas 和 _Alignas (C11)

使用 alignas 或 _Alignas 来指定变量或用户定义类型的自定义对齐方式。 它们可以应用于结构、联合、枚举或变量。

alignas 语法

alignas(type)
alignas(constant-expression)
_Alignas(type)
_Alignas(constant-expression)

备注

_Alignas 不能在 typedef、位域、函数、函数参数或使用 register 说明符声明的对象的声明中使用。

指定幂为 2（如 1、2、4、8、16 等）的对齐方式。 不要使用小于类型大小的值。

struct 和 union 类型的对齐方式与任何成员的最大对齐方式相等。 在 struct 中添加填充字节，以确保满足各个成员的对齐要求。

如果声明中有多个 alignas 说明符（例如，具有多个成员的 struct 说明符具有不同的 alignas 说明符），则 struct 的对齐方式将至少是最大说明符的值。

alignas 实例

此示例使用便捷宏 alignof，因为它可移植到 C++。 如果使用 _Alignof，则行为相同。

// Compile with /std:c11

#include <stdio.h>
#include <stdalign.h>

typedef struct 
{
    int value; // aligns on a 4-byte boundary. There will be 28 bytes of padding between value and alignas
    alignas(32) char alignedMemory[32]; // assuming a 32 byte friendly cache alignment
} cacheFriendly; // this struct will be 32-byte aligned because alignedMemory is 32-byte aligned and is the largest alignment specified in the struct

int main()
{
    printf("sizeof(cacheFriendly): %d\n", sizeof(cacheFriendly)); // 4 bytes for int value + 32 bytes for alignedMemory[] + padding to ensure  alignment
    printf("alignof(cacheFriendly): %d\n", alignof(cacheFriendly)); // 32 because alignedMemory[] is aligned on a 32-byte boundary

    /* output
        sizeof(cacheFriendly): 64
        alignof(cacheFriendly): 32
    */
}

alignof 和 _Alignof (C11)

_Alignof 和别名 alignof 返回指定类型的对齐方式（以字节为单位）。 它返回类型为 size_t 的值。

alignof 语法

alignof(type)
_Alignof(type)

alignof 实例

此示例使用便捷宏 alignof，因为它可移植到 C++。 如果使用 _Alignof，则行为相同。

// Compile with /std:c11

#include <stdalign.h>
#include <stdio.h>

int main()
{
    size_t alignment = alignof(short);
    printf("alignof(short) = %d\n", alignment); // 2
    printf("alignof(int) = %d\n", alignof(int)); // 4
    printf("alignof(long) = %d\n", alignof(long)); // 4
    printf("alignof(float) = %d\n", alignof(float)); // 4
    printf("alignof(double) = %d\n", alignof(double)); // 8

    typedef struct
    {
        int a;
        double b;
    } test;

    printf("alignof(test) = %d\n", alignof(test)); // 8 because that is the alignment of the largest element in the structure

    /* output
        
       alignof(short) = 2
       alignof(int) = 4
       alignof(long) = 4
       alignof(float) = 4
       alignof(double) = 8
       alignof(test) = 8
    */
}

要求

使用 /std:c11 进行编译。

Windows SDK 10.0.20348.0（版本 2104）或更高版本。 请参阅 Windows SDK 以下载最新的 SDK。 有关安装和使用 SDK 进行 C11 和 C17 开发的说明，请参阅在 Visual Studio 中安装 C11 和 C17 支持。

另请参阅

/std（指定语言标准版本）
C++ alignof 和 alignas
数据对齐的编译器处理