结构体成员总是占用连续内存吗？探索 C/C 中的填充和内存布局

结构成员内存是否连续？探索结构体布局

在 C/C 编程环境中，定义像所提供的示例那样的结构体：

<code class="cpp">struct test
{
   double height;
   int    age;
   char   gender;
}</code>

会引发有关其成员在内存中的排列的问题。结构体实例的各个字段（例如 A.height、A.age 和 A.gender）是否相邻存储？

结构填充和内存连续性

不幸的是，由于称为填充的概念，为结构成员分配连续内存的假设并不普遍正确。这是一种将数据元素与特定边界对齐的优化技术，通常是为了提高特定硬件架构上的性能。它可能会导致成员之间出现“未使用”的内存槽。

在给定的示例中，double 通常占用 8 个字节，int 占用 4 个字节，char 占用 1 个字节。如果没有填充，该结构应占用 13 个字节。但是，如果硬件架构需要八字节对齐，则在 char 之后将有三个字节的填充以达到该对齐方式。这意味着访问 A.age 将跳过这三个填充字节。

数组结构与结构数组

除了单个结构内的内存连续性之外，数组结构 (SoA) 和结构数组 (AoS) 之间的区别提供了不同的内存布局。

数组结构 (SoA)

在 SoA 中，元素相同类型的数据是连续存储的。例如，所有身高都将存储在一个连续的块中，然后是所有年龄，然后是性别。与 AoS 相比，这可以优化矢量化操作并减少内存使用。

结构体数组 (AoS)

在 AoS 中，每个结构体都存储为连续的块。由于特定结构的成员被分组，因此这种方法可以增强可读性和缓存局部性。但是，它可能会导致特定成员类型上的操作出现更多填充并降低效率。

内存布局的图形和插图

[说明 SoA 和的图像/图表AoS 内存布局]

要考虑的因素

SoA 和 AoS 之间的选择取决于应用程序的具体要求。 SoA 对于特定成员类型的操作可能更高效，而 AoS 可以增强可读性和缓存局部性。

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