C語言詳解結構體的內存對齊與大小計算

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，結構是 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 的結構體內存對齊與計算大小

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(shù)為8，所以c1的對齊數(shù)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(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(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(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(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，所以結構體總大小為32
};
printf("%d\n", sizeof(struct S4));

2、結構體的對齊規(guī)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(shù)字（對齊數(shù)）的整數(shù)倍的地址處。

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

結構體總大小為：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。

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

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

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