结构体内存对齐

简介: 结构体内存对齐

结构体的对齐规则:

1.结构体的第一个成员对齐到和结构体变量起始位置偏移量为0的地址处

2.其他成员变量要对齐到某个数字(对齐数)的整数倍的地址处。

 对齐数 = 编译器默认的一个对齐数与该成员变量大小的较小值

 VS 中默认的值为 8

 Linux中 gcc 没有默认对齐数,对齐数就是成员自身的大小

3. 结构体总大小为最大对齐数(结构体中每个成员变量都有一个对齐数,所有对齐数中最大的)的 整数倍。

4. 如果嵌套了结构体的情况,嵌套的结构体成员对齐到自己的成员中最大对齐数的整数倍处,结构体的整体大小就是所有最大对齐数(含嵌套结构体中成员的对齐数)的整数倍。

//练习1
struct S1
{
  char c1;
  int i;
  char c2;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S1));//12

以下以VS分析:

  • char c1:占用1个字节 - 从偏移量为0的地址处开始对齐
  • 填充:3个字节,以确保int i从4的倍数地址开始  - 确保下一个地址的偏移量为4的倍数
  • int i:占用4个字节 - 编译器默认对齐数为8,int类型的大小为4个字节 ,因此该对齐数采用较小的4
  • int i 对齐完后,偏移量为7,下一个偏移量为8,是char类型对齐数的整数倍
  • char c2:占用1个字节  -偏移量为8
  • 到这里结构体占用了9个字节
  • 填充:1个字节,结构体的总大小是最大对齐数的倍数,在这里,最大对齐数为4。结构体目前大小为9,不是4的倍数,填充3个字节,大小为12,是4的整数倍。
  • 所以,struct S1的总大小是1(c1)+ 3(填充)+ 4(i)+ 1(c2)+ 3(填充)= 12字节。

下面给出2个练习,大家动手算算吧。

//练习2
struct S2
{
  char c1;
  char c2;
  int i;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S2));//8
//练习3
struct S3
{
  double d;
  char c;
  int i;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S3));//16
//练习4-结构体嵌套问题
struct S4
{
  char c1;
  struct S3 s3;
  double d;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S4));//32
  • char c1:占用1个字节 - 从偏移量为0的地址处开始对齐
  • struct S3的最大对齐数为8,因此s3应该从偏移量为8的位置开始对齐
  • 填充:7个字节 -- 确保下一个地址的偏移量为8的倍数
  • struct S3 s3:占用16个字节
  • struct S3 s3对齐完后,偏移量为23,下一个偏移量为24,是doubler类型对齐数的整数倍
  • double:占用8个字节  -偏移量为31
  • 到这里结构体占用了32字节,结构体的总大小是最大对齐数(含嵌套结构体成员的对齐数)的倍数,在这里,最大对齐数为8。结构体目前大小为32,是8的倍数
  • 所以,struct S4的总大小是1(c1)+ 7(填充)+ 16(s3)+ 8(d)= 32字节。

节省空间

       在设计结构体的时候,我们既要满足对齐,又要节省空间,如何做到:

       让占用空间小的成员尽量集中在一起

//例如: 
struct S1
{
  char c1;
 
  int i;
 
  char c2;
};
struct S2
{
  char c1;
  char c2;
  int i;
};

修改默认对齐数

#pragma 这个预处理指令,可以改变编译器的默认对齐数。

#include <stdio.h>
#pragma pack(1)//设置默认对⻬数为1
struct S 
{
  char c1; 
  int i; 
  char c2; 
};
#pragma pack()//取消设置的对⻬数,还原为默认
int main()
 
{
  //输出的结果是什么?
  printf("%d\n", sizeof(struct S));
  return 0;
}


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