1.結(jié)構(gòu)體內(nèi)存對齊

我們已經(jīng)基本掌握了結(jié)構(gòu)體的使用了。那我們現(xiàn)在必須得知道結(jié)構(gòu)體在內(nèi)存中是如何存儲的？內(nèi)存是如何分配的？所以我們得知道如何計算結(jié)構(gòu)體的大小？這就引出了我們今天所要探討的內(nèi)容：結(jié)構(gòu)體內(nèi)存對齊。

1.1 對齊規(guī)則

首先得掌握結(jié)構(gòu)體的對齊規(guī)則：
1. 結(jié)構(gòu)體的第?個成員對?到和結(jié)構(gòu)體變量起始位置偏移量為0的地址處。
2. 其他成員變量要對?到某個數(shù)字（對?數(shù)）的整數(shù)倍的地址處。
對齊數(shù) = 編譯器默認的?個對?數(shù) 與 該成員變量大小的 較?值。
- VS 中默認對齊數(shù)的值為 8
- Linux中 gcc 沒有默認對?數(shù)，對?數(shù)就是成員??的大小
3. 結(jié)構(gòu)體總大小為最?對?數(shù)（結(jié)構(gòu)體中每個成員變量都有?個對?數(shù)，所有對?數(shù)中最?的）的
整數(shù)倍。
4. 如果嵌套了結(jié)構(gòu)體的情況，嵌套的結(jié)構(gòu)體成員對?到??的成員中最?對?數(shù)的整數(shù)倍處，結(jié)構(gòu)
體的整體??就是所有最?對?數(shù)（含嵌套結(jié)構(gòu)體中成員的對?數(shù)）的整數(shù)倍。

范例1：

//范例1
struct S1
{
	char c1;//1 8 1
	int i;  //4 8 4
	char c2;//1 8 1
};
int main()
{
	struct S1 s1 = { 0 };
	printf("%zd\n", sizeof(s1));
	return 0;
}

我們畫圖分析一下：

我們運行一下結(jié)果看看，是不是12個字節(jié)：

確實是12個字節(jié)，這就說明，結(jié)構(gòu)體在內(nèi)存存儲中，存在內(nèi)存對齊的原則。

范例2：

//范例2
struct S2
{
	char c1;
	char c2;
	int i;
};
int main()
{
	struct S2 s2 = { 0 };
	printf("%zd\n", sizeof(s2));
	return 0;
}

同樣的道理：

運行結(jié)果：

范例3：

//范例3
struct S3
{
	double d;//8 8 8
	char c;  //1 8 1
	int i;   //4 8 4
};
int main()
{
	struct S3 s3 = { 0 };
	printf("%zd\n", sizeof(s3));
	return 0;
}

運行結(jié)果：

范例4：

//范例4
struct S3
{
	double d;//8 8 8
	char c;  //1 8 1
	int i;   //4 8 4
};
struct S4
{
	char c1;
	struct S3 s3;
	double d;
};
int main()
{
	struct S4 s4 = { 0 };
	printf("%zd\n", sizeof(s4));
	return 0;
}

運行結(jié)果：

1.2 為什么存在內(nèi)存對齊？

?部分的參考資料都是這樣說的：
1. 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。
2.性能原因：
數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(尤其是棧)應(yīng)該盡可能地在?然邊界上對?。原因在于，為了訪問未對?的內(nèi)存，處理器需要作兩次內(nèi)存訪問；?對?的內(nèi)存訪問僅需要?次訪問。假設(shè)?個處理器總是從內(nèi)存中取8個字節(jié)，則地 址必須是8的倍數(shù)。如果我們能保證將所有的double類型的數(shù)據(jù)的地址都對?成8的倍數(shù)，那么就可以??個內(nèi)存操作來讀或者寫值了。否則，我們可能需要執(zhí)?兩次內(nèi)存訪問，因為對象可能被分放在兩個8字節(jié)內(nèi)存塊中。
總體來說：結(jié)構(gòu)體的內(nèi)存對?是拿空間來換取時間的做法。
那在設(shè)計結(jié)構(gòu)體的時候，我們既要滿?對?，?要節(jié)省空間，如何做到：
讓占?空間?的成員盡量集中在?起

 //例如：
 struct S1
 {
     char c1;//1 8 1
     int i;  //4 8 4
     char c2;//1 8 1
 };
//sizeof(struct S1) -> 12個字節(jié)
 struct S2
 {
     char c1;//1 8 1
     char c2;//1 8 1
     int i;  //4 8 4
 };
//sizeof(struct S2) -> 8個字節(jié)

1.3 修改默認對齊數(shù) #pragma 這個預(yù)處理指令，可以改變編譯器的默認對齊數(shù)。

#include <stdio.h>
#pragma pack(1)//設(shè)置默認對?數(shù)為1
struct S
{
 char c1;
 int i;
 char c2;
};
#pragma pack()//取消設(shè)置的對?數(shù)，還原為默認
int main()
{
 //輸出的結(jié)果是什么？
 printf("%d\n", sizeof(struct S));
 return 0;
}

結(jié)構(gòu)體在對齊方式不合適的時候，我們可以自己更改默認對齊數(shù)。

運行結(jié)果：

2.結(jié)構(gòu)體傳參

struct S
{
    int data[1000];
    int num;
};
struct S s = {{1,2,3,4}, 1000};
//結(jié)構(gòu)體傳參
void print1(struct S s)
{
     printf("%d\n", s.num);
}
//結(jié)構(gòu)體地址傳參
void print2(struct S* ps)
{
     printf("%d\n", ps->num);
}
int main()
{
     print1(s); //傳結(jié)構(gòu)體
     print2(&s); //傳地址
     return 0;
}

上?的 print1 和 print2 函數(shù)哪個好些？
答案是：首選print2函數(shù)。
原因：
函數(shù)傳參的時候，參數(shù)是需要壓棧，會有時間和空間上的系統(tǒng)開銷。
如果傳遞?個結(jié)構(gòu)體對象的時候，結(jié)構(gòu)體過?，參數(shù)壓棧的的系統(tǒng)開銷?較?，所以會導(dǎo)致性能的下降。
結(jié)論：
結(jié)構(gòu)體傳參的時候，要傳結(jié)構(gòu)體的地址。

3.結(jié)構(gòu)體實現(xiàn)位段

結(jié)構(gòu)體講完就得講講結(jié)構(gòu)體實現(xiàn)位段的能力。

3.1 什么是位段

位段的聲明和結(jié)構(gòu)是類似的，有兩個不同：
1. 位段的成員必須是 int、unsigned int 或signed int ，在C99中位段成員的類型也可以
    選擇其他類型。
2. 位段的成員名后邊有?個冒號和?個數(shù)字。
比如：

struct A
{
 int _a:2;
 int _b:5;
 int _c:10;
 int _d:30;
};

A就是?個位段類型。 那位段A所占內(nèi)存的大小是多少？

printf("%d\n", sizeof(struct A));

3.2 位段的內(nèi)存分配

1. 位段的成員可以是 int 、 unsigned int 、 signed int 或者是 char 等類型
2. 位段的空間上是按照需要以4個字節(jié)（ int ）或者1個字節(jié)（ char ）的?式來開辟的。
3. 位段涉及很多不確定因素，位段是不跨平臺的，注重可移植的程序應(yīng)該避免使?位段。

//?個例?
#include <stdio.h>
struct S
{
	char a : 3;
	char b : 4;
	char c : 5;
	char d : 4;
};
int main()
{
	struct S s = { 0 };
	s.a = 10;
	s.b = 12;
	s.c = 3;
	s.d = 4;
	//空間是如何開辟的？
	return 0;
}

3.3 位段的跨平臺問題

1. int 位段被當成有符號數(shù)還是?符號數(shù)是不確定的。
2. 位段中最?位的數(shù)目不能確定。（16位機器最大16，32位機器最大32，寫成27，在16位機器會
    出問題。
3. 位段中的成員在內(nèi)存中從左向右分配，還是從右向左分配，標準尚未定義。
4. 當?個結(jié)構(gòu)包含兩個位段，第?個位段成員?較大，?法容納于第?個位段剩余的位時，是舍棄
    剩余的位還是利?，這是不確定的。
總結(jié)：
跟結(jié)構(gòu)相?，位段可以達到同樣的效果，并且可以很好的節(jié)省空間，但是有跨平臺的問題存在。

3.4 位段使用的注意事項

位段的?個成員共有同?個字節(jié)，這樣有些成員的起始位置并不是某個字節(jié)的起始位置，那么這些位置處是沒有地址的。內(nèi)存中每個字節(jié)分配?個地址，?個字節(jié)內(nèi)部的bit位是沒有地址的。 所以不能對位段的成員使?&操作符，這樣就不能使?scanf直接給位段的成員輸?值，只能是先輸?放在?個變量中，然后賦值給位段的成員。

struct A
{
    int _a : 2;
    int _b : 5;
    int _c : 10;
    int _d : 30;
};
int main()
{
    struct A sa = {0};
    scanf("%d", &sa._b);//這是錯誤的
    //正確的?范
    int b = 0;
    scanf("%d", &b);
    sa._b = b;
    return 0;
}

到此這篇關(guān)于C語言結(jié)構(gòu)體內(nèi)存對齊問題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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