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C語言詳解結構體的內存對齊與大小計算_C 語言

作者:CodeWinter ? 更新時間: 2022-06-21 編程語言

結構體的內存對齊

1、計算結構體的大小

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

原理分析:

【練習題】

// 練習1
struct S2
{
	char c1;  // 1 byte / 8,對齊數是1,
	char c2;  // 1 byte / 8,對齊數是1,
	int i;    // 4 byte / 8,對齊數是4,
	// 最大對齊數是4
	// 成員大小為8,是最大對齊數的整數倍,所以結構體總大小為8
};
printf("%d\n", sizeof(struct S2));

// 練習2
struct S3
{
	
	char c;   // 1/8,對齊數是1
	int i;    // 4/8,對齊數是4
	double d; // 8/8,對齊數是8
	// 最大對齊數是8
	// 成員大小為16,是最大對齊數的整數倍,所以結構體總大小為16
};
printf("%d\n", sizeof(struct S3));

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

2、結構體的對齊規則

第一個成員變量在與結構體變量偏移量為 0 的地址處。

其他成員變量要對齊到某個數字(對齊數)的整數倍的地址處。

  • 對齊數 =「編譯器默認的一個對齊數」與「該成員大小」中的較小值。
  • VS中默認對齊數為「8」,Linux中沒有對齊數

結構體總大小為:最大對齊數(每個成員變量都有一個對齊數)的整數倍。

如果嵌套了結構體的情況,嵌套的結構體對齊到自己的最大對齊數的整數倍處,結構體的整體大小就是所有最大對齊數(含嵌套結構體的對齊數)的整數倍。

3、為什么存在內存對齊?

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據的;某些硬件平臺只能在某些地址處取某些特定類型的數據,否則拋出硬件異常。(那我們就要將數據對齊到能夠訪問的這些地址處)
  • 性能原因:數據結構(尤其是棧)應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存,處理器需要作兩次內存訪問;而對齊的內存訪問僅需要一次訪問。

4、總結

結構體的內存對齊是拿空間來換取時間的做法。

思考:那在設計結構體的時候,我們既要滿足對齊,又要節省空間,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,對齊數是1
	int i;    // 4/8,對齊數是4
	char c2;  // 1/8,對齊數是1
	// 最大對齊數是4
	// 成員大小為9,不是最大對齊數的整數倍,所以結構體總大小為12
};

struct S2
{
	char c1;  // 1/8,對齊數是1
	char c2;  // 1/8,對齊數是1
	int i;    // 4/8,對齊數是4
	// 最大對齊數是4
	// 成員大小為8,是最大對齊數的整數倍,所以結構體總大小為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別。

原文鏈接:https://blog.csdn.net/weixin_48025315/article/details/124312688

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