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C語言詳解結(jié)構(gòu)體的內(nèi)存對齊與大小計算

 更新時間:2022年04月23日 17:03:27   作者:CodeWinter  
C 數(shù)組允許定義可存儲相同類型數(shù)據(jù)項的變量,結(jié)構(gòu)是 C 編程中另一種用戶自定義的可用的數(shù)據(jù)類型,它允許你存儲不同類型的數(shù)據(jù)項,本篇讓我們來了解C 的結(jié)構(gòu)體內(nèi)存對齊與計算大小

結(jié)構(gòu)體的內(nèi)存對齊

1、計算結(jié)構(gòu)體的大小

struct S1
{
	char c1; // 1 byte,默認(rèn)對齊數(shù)為8,所以c1的對齊數(shù)是1,第一個成員變量放在與結(jié)構(gòu)體變量偏移量為0的地址處
	int i;   // 4 byte,默認(rèn)對齊數(shù)為8,所以i的對齊數(shù)是4,所以i要放到偏移量為 4的整數(shù)倍 的地址處
	char c2; // 1 byte,默認(rèn)對齊數(shù)為8,所以c2的對齊數(shù)是1,所以c2要放到偏移量為 1的整數(shù)倍 的地址處
	//最大對齊數(shù)是4
	//成員大小為9,不是最大對齊數(shù)4的整數(shù)倍,所以結(jié)構(gòu)體總大小為12
};
printf("%d\n", sizeof(struct S1));

原理分析:

【練習(xí)題】

// 練習(xí)1
struct S2
{
	char c1;  // 1 byte / 8,對齊數(shù)是1,
	char c2;  // 1 byte / 8,對齊數(shù)是1,
	int i;    // 4 byte / 8,對齊數(shù)是4,
	// 最大對齊數(shù)是4
	// 成員大小為8,是最大對齊數(shù)的整數(shù)倍,所以結(jié)構(gòu)體總大小為8
};
printf("%d\n", sizeof(struct S2));

// 練習(xí)2
struct S3
{
	
	char c;   // 1/8,對齊數(shù)是1
	int i;    // 4/8,對齊數(shù)是4
	double d; // 8/8,對齊數(shù)是8
	// 最大對齊數(shù)是8
	// 成員大小為16,是最大對齊數(shù)的整數(shù)倍,所以結(jié)構(gòu)體總大小為16
};
printf("%d\n", sizeof(struct S3));

// 練習(xí)3-結(jié)構(gòu)體嵌套問題
struct S4
{
	char c1;      //  1/8,對齊數(shù)是1
	struct S3 s3; // 16 byte,【S3的最大對齊數(shù)是8】,所以s3要放到8的整數(shù)倍的地址處
	double d;     //  8/8,對齊數(shù)是8
	// 最大對齊數(shù)是8
	// 成員大小為32,是最大對齊數(shù)的整數(shù)倍,所以結(jié)構(gòu)體總大小為32
};
printf("%d\n", sizeof(struct S4));

2、結(jié)構(gòu)體的對齊規(guī)則

第一個成員變量在與結(jié)構(gòu)體變量偏移量為 0 的地址處。

其他成員變量要對齊到某個數(shù)字(對齊數(shù))的整數(shù)倍的地址處。

  • 對齊數(shù) =「編譯器默認(rèn)的一個對齊數(shù)」與「該成員大小」中的較小值。
  • VS中默認(rèn)對齊數(shù)為「8」,Linux中沒有對齊數(shù)

結(jié)構(gòu)體總大小為:最大對齊數(shù)(每個成員變量都有一個對齊數(shù))的整數(shù)倍。

如果嵌套了結(jié)構(gòu)體的情況,嵌套的結(jié)構(gòu)體對齊到自己的最大對齊數(shù)的整數(shù)倍處,結(jié)構(gòu)體的整體大小就是所有最大對齊數(shù)(含嵌套結(jié)構(gòu)體的對齊數(shù))的整數(shù)倍。

3、為什么存在內(nèi)存對齊?

大部分的參考資料是這樣說的:

  • 平臺原因(移植原因): 不是所有的硬件平臺都能訪問任意地址上的任意數(shù)據(jù)的;某些硬件平臺只能在某些地址處取某些特定類型的數(shù)據(jù),否則拋出硬件異常。(那我們就要將數(shù)據(jù)對齊到能夠訪問的這些地址處)
  • 性能原因:數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(尤其是棧)應(yīng)該盡可能地在自然邊界上對齊。 原因在于,為了訪問未對齊的內(nèi)存,處理器需要作兩次內(nèi)存訪問;而對齊的內(nèi)存訪問僅需要一次訪問。

4、總結(jié)

結(jié)構(gòu)體的內(nèi)存對齊是拿空間來換取時間的做法。

思考:那在設(shè)計結(jié)構(gòu)體的時候,我們既要滿足對齊,又要節(jié)省空間,如何做到:

讓占用空間小的成員盡量集中在一起。

// 例如:
struct S1
{
	char c1;  // 1/8,對齊數(shù)是1
	int i;    // 4/8,對齊數(shù)是4
	char c2;  // 1/8,對齊數(shù)是1
	// 最大對齊數(shù)是4
	// 成員大小為9,不是最大對齊數(shù)的整數(shù)倍,所以結(jié)構(gòu)體總大小為12
};

struct S2
{
	char c1;  // 1/8,對齊數(shù)是1
	char c2;  // 1/8,對齊數(shù)是1
	int i;    // 4/8,對齊數(shù)是4
	// 最大對齊數(shù)是4
	// 成員大小為8,是最大對齊數(shù)的整數(shù)倍,所以結(jié)構(gòu)體總大小為8
};

S1和S2類型的成員一模一樣,但是S1和S2所占空間的大小卻有了一些區(qū)別。

到此這篇關(guān)于C語言詳解結(jié)構(gòu)體的內(nèi)存對齊與大小計算的文章就介紹到這了,更多相關(guān)C語言結(jié)構(gòu)體內(nèi)存對齊內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家!

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