C++11 新特性解析：alignas 和 alignof 关键字：掌控内存对齐的利器

引言

在 C++ 编程中，内存对齐是一个不容忽视的重要概念，它对程序的性能和内存使用效率有着显著影响。自 C++11 标准发布后，引入的alignas和alignof关键字，为开发者精确控制内存对齐提供了强大的工具。接下来，就让我们深入了解这两个关键字的奥秘。

一、语法解析

1.1 alignas

1.2 alignof

二、代码实例

2.1 alignas 的应用

#include <iostream>

// 定义一个结构体，默认对齐方式
struct MyStruct1 {
    char c;
    int i;
};

// 使用alignas指定对齐方式为8字节
alignas(8) struct MyStruct2 {
    char c;
    int i;
};

int main() {
    MyStruct1 s1;
    MyStruct2 s2;

    std::cout << "MyStruct1 size: " << sizeof(s1) << std::endl;
    std::cout << "MyStruct2 size: " << sizeof(s2) << std::endl;

    return 0;
}

在上述代码中，MyStruct1采用默认的内存对齐方式，由于char占 1 字节，int占 4 字节，为了保证内存对齐，其大小为 8 字节。而MyStruct2通过alignas(8)强制指定为 8 字节对齐，尽管内部成员占用的字节数不变，但整体大小也为 8 字节，并且在内存中的存储布局会根据 8 字节对齐要求进行调整。

2.2 alignof 的使用

#include <iostream>

int main() {
    std::size_t intAlignment = alignof(int);
    std::size_t doubleAlignment = alignof(double);

    std::cout << "int alignment: " << intAlignment << std::endl;
    std::cout << "double alignment: " << doubleAlignment << std::endl;

    return 0;
}

此代码通过alignof分别获取了int和double类型的自然对齐字节数，并将结果输出。在不同的平台和编译器下，这些值可能会有所不同，但都遵循相应的内存对齐规则。

三、完整代码示例

#include <iostream>

// 使用alignas指定对齐方式为16字节的结构体
alignas(16) struct AlignedStruct {
    char c;
    double d;
    int i;
};

int main() {
    AlignedStruct as;

    // 获取AlignedStruct类型的对齐字节数
    std::size_t alignment = alignof(AlignedStruct);

    std::cout << "AlignedStruct alignment: " << alignment << std::endl;
    std::cout << "AlignedStruct size: " << sizeof(as) << std::endl;

    return 0;
}

在这个完整示例中，我们定义了一个AlignedStruct结构体，并使用alignas(16)将其对齐方式设置为 16 字节。在main函数中，通过alignof获取该结构体的对齐字节数，并输出结构体的大小。可以看到，由于内存对齐的要求，结构体的大小会根据对齐字节数进行调整，以确保数据在内存中的存储符合高效访问的规则。

四、适用场景