結構體成員總是佔用連續記憶體嗎？探索 C/C 中的填充和記憶體佈局

結構成員記憶體是否連續？探索結構體佈局

在C/C 程式設計環境中，定義像所提供的範例那樣的結構體：

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

會引發有關其成員在記憶體中的排列的問題。結構體實例的各個欄位（例如 A.height、A.age 和 A.gender）是否相鄰儲存？

結構填充和記憶體連續性

不幸的是，由於稱為填充的概念，為結構成員分配連續記憶體的假設並不普遍正確。這是一種將資料元素與特定邊界對齊的最佳化技術，通常是為了提高特定硬體架構上的效能。它可能會導致成員之間出現“未使用”的記憶體槽。

在給定的範例中，double 通常佔用 8 個位元組，int 佔用 4 個位元組，char 佔用 1 個位元組。如果沒有填充，該結構應佔用 13 個位元組。但是，如果硬體架構需要八位元組對齊，則在 char 之後將有三個位元組的填充以達到該對齊方式。這意味著存取 A.age 將跳過這三個填充位元組。

數組結構與結構數組

除了單一結構內的記憶體連續性之外，數組結構(SoA) 和結構數組(AoS) 之間的區別提供了不同的記憶體佈局。

陣列結構 (SoA)

在 SoA 中，元素相同類型的資料是連續儲存的。例如，所有身高都將儲存在一個連續的區塊中，然後是所有年齡，然後是性別。與 AoS 相比，這可以優化向量化操作並減少記憶體使用。

結構體數組 (AoS)

在 AoS 中，每個結構體都儲存為連續的區塊。由於特定結構的成員被分組，因此這種方法可以增強可讀性和快取局部性。但是，它可能會導致特定成員類型上的操作出現更多填充並降低效率。

記憶體佈局的圖形和插圖

[說明SoA 和的圖像/圖表AoS 記憶體佈局]

要考慮的因素

SoA 和AoS 之間的選擇取決於應用程式的特定要求。 SoA 對於特定成員類型的操作可能更有效率，而 AoS 可以增強可讀性和快取局部性。

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