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C語言結(jié)構(gòu)體中內(nèi)存對齊的問題理解

更新時間：2022年02月10日 10:56:25 作者：誠摯的喬治

內(nèi)存對齊”應(yīng)該是編譯器的“管轄范圍”。編譯器為程序中的每個“數(shù)據(jù)單元”安排在適當(dāng)?shù)奈恢蒙?。但是C語言的一個特點就是太靈活，太強大，它允許你干預(yù)“內(nèi)存對齊”。如果你想了解更加底層的秘密，“內(nèi)存對齊”對你就不應(yīng)該再模糊了

前言

學(xué)C的同學(xué)應(yīng)該知道~

想精通C語言就不得不面對—指針與內(nèi)存

續(xù)上次指針的進階，這一章我來聊一聊C語言內(nèi)存對齊的問題

學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)體的你有沒有注意過結(jié)構(gòu)體向系統(tǒng)申請的內(nèi)存為多少呢的??

思考

#include<stdio.h>
typedef struct s1
{
	char a;
	char b;
	int c;
}s1;
typedef struct s2
{
	char a;
	int c;
	char b;
}s2;
int main()
{
 
	//內(nèi)存對齊的現(xiàn)象
	printf("%d\n", sizeof(s1));
	printf("%d\n", sizeof(s2));
	return 0;
}

很顯然這一段代碼就是計算s1與s2向系統(tǒng)申請的內(nèi)存大小

我：兩個char類型各為一，再加上應(yīng)該int類型的四，結(jié)果就是六

誠摯的喬治：你說的對，但不完全對，在結(jié)構(gòu)體中會出現(xiàn)內(nèi)存對齊的現(xiàn)象，不信？看結(jié)果

別慌，看到文章的最后，你(也許)就會恍然大悟

在結(jié)構(gòu)體中，內(nèi)存不是成員的大小之和

結(jié)構(gòu)體在內(nèi)存中開辟空間時內(nèi)存對齊的規(guī)則

1.結(jié)構(gòu)體中的第一個成員存放在這個結(jié)構(gòu)體的零偏移處，故第一個成員char類型的的偏移量為零

2.從第二個成員開始，每個成員都要對齊到成員對齊數(shù)的整數(shù)倍

（對齊數(shù)--成員自身大小與默認對齊數(shù)的最小值的整數(shù)倍，如果自身大小是四，默認對齊數(shù)是八，最終的對齊數(shù)就是四的倍數(shù)），一般情況下默認對齊數(shù)就是八。

3.結(jié)構(gòu)體的總大小必須是最大對齊數(shù)的整數(shù)倍。

（最大對齊數(shù)就是每個成員對齊數(shù)中的最大值）

4.如果結(jié)構(gòu)體中嵌套結(jié)構(gòu)體的情況下，嵌套的結(jié)構(gòu)體就對齊到自己成員對齊數(shù)的最大對齊數(shù)的整數(shù)倍處，結(jié)構(gòu)體的總大小就是最大對齊數(shù)（含嵌套的結(jié)構(gòu)體成員）的整數(shù)倍。

下面其中的一個結(jié)構(gòu)體進行分析：

先向大家介紹一下本章的配角—offsetof

offsetof的返回值就是距離這個結(jié)構(gòu)體（自定義類型）起始位置的值

參數(shù)就是結(jié)構(gòu)體的名稱和結(jié)構(gòu)體成員的名稱。

#include<stddef.h>
#include<stdio.h>
typedef struct s
{
	char a;
	int b;
	char c;
}s;
int main()
{
	//offsetof-是指偏移量
	printf("%d\n", offsetof(s,a));
	printf("%d\n", offsetof(s,b));
	printf("%d\n", offsetof(s,c));
	return 0;
}

char a; //因為char a是結(jié)構(gòu)體第一個成員，所以偏移量就是零

int b; //自身大小: 4 默認對齊數(shù)：8 對齊數(shù)：4的倍數(shù)即可，所以偏移量就是四

char c; // 自身大小: 1 默認對齊數(shù)：8 對齊數(shù)：1的倍數(shù)即可，所以偏移量就是八

又因為最終的結(jié)構(gòu)體大小是成員最大對齊數(shù)的倍數(shù)，也就是四的倍數(shù)，所以最終的結(jié)構(gòu)體的大小應(yīng)該就是十二。

到這里是不是有一定的思路了，別急，再來一道試試吧

#include<stddef.h>
#include<stdio.h>
typedef struct s
{
	double a;
	char b;
	int  c;
}s;
int main()
{
	//offsetof-是指偏移量
	printf("%d\n", offsetof(s,a));
	printf("%d\n", offsetof(s,b));
	printf("%d\n", offsetof(s,c));
	printf("%d", sizeof(s));
	return 0;
}

結(jié)果如下：

是不是跟你想的一樣呢？

同樣的，用一樣的方法進行解釋

double a; //因為double a是結(jié)構(gòu)體第一個成員，所以偏移量就是零

char b; //自身大?。? 默認對齊數(shù)：8 對齊數(shù)：1的倍數(shù)即可,所以偏移量就是八

int c; //自身大?。? 默認對齊數(shù)：8 對齊數(shù)：4的倍數(shù)即可,所以偏移量就是十二

最終結(jié)構(gòu)體的大小就是四的整數(shù)倍十六

下面給應(yīng)該結(jié)構(gòu)體嵌套結(jié)構(gòu)體的例子

#include<stdio.h>
#include<stddef.h>
typedef struct s1
{
	char i;
	char j;
	int k;
}s1;
typedef struct s2
{
	char a;
	int c;
	s1;
}s2;
int main()
{
 
	printf("%d\n", offsetof(s2, a));
	printf("%d\n", offsetof(s2, c));
	printf("%d", sizeof(s2));
	return 0;
}