【C语言】结构体与offsetof实现(下)

简介: 【C语言】结构体与offsetof实现(下)

那么S4的大小是多少呢?

首先看到最后一个原则,也就是S3在S4内对齐时大小为8,是最大对齐数。

一共就是32。

补充一句VS和Linus的

为什么存在内存对齐?

大部分的参考资料都这样说的:

1.平台原因(移植原因):

不是所有的硬件平台都能访问任意地址上的任意数据的;某些硬件平台只能在某些地址处取某些特 定类型的数据,否则抛出硬件异常 。(比如只能访问4的倍数的地址上的数据)

抛出硬件异常是指在计算机系统中,发生了与硬件相关的错误或异常情况。这些异常可能由于硬件故障、硬件错误、硬件不兼容性或硬件操作不当等原因引起。

2. 性能原因:

数据结构(尤其是栈)应该尽可能地在自然边界上对齐。

原因在于,为了访问未对齐的内存,处理器需要作两次内存访问;而对齐的内存访问仅需要一次访问。(32位下一次访问4个byte)

不考虑对齐要读取两次才能读完i的4个字节的内容(32位).

而考虑的话,i只需要读取一次就能读完,

这里实际上就提高了效率,牺牲空间来提升效率。

要读取一次就能读完,

这里实际上就提高了效率,牺牲空间来提升效率。

总体来说: 结构体的内存对齐是拿空间来换取时间的做法。

那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:

其实很简单:

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

都是同样的结构体成员,但是把小的放在一起就节省空间 (这是上面讲过的)。

修改默认对齐数🐣

struct S
{
  char c;//1
  double d;//8
};
int main()
{
  struct S s;
  printf("%d\n", sizeof(s));
  return 0;
}

还是这样这个代码

大小为16。

但是呢,我们可以用用#pragma pack() 来修改默认对齐数

#pragma pack(4)
struct S
{
  char c;//1
  double d;//8
};
#pragma pack()//取消设置的默认对齐数,还原为默认
int main()
{
  struct S s;
  printf("%d\n", sizeof(s));
  return 0;
}

我们将默认对齐数修改到4时,大小就已经变化了,

为什么呢?char c; 0

double d; 4:8 = 4, 4-11。 一共就是12。

也可以设置不内存对齐,紧挨着排#pragma pack(1)

#pragma pack(1)
struct S
{
  char c;//1
  double d;//8
};
#pragma pack()//取消设置的默认对齐数,还原为默认
int main()
{
  struct S s;
  printf("%d\n", sizeof(s));
  return 0;
}

结论: 结构在对齐方式不合适的时候,我么可以自己更改默认对齐数。

虽然我们能够随便改变,但是我们要改最好还是让默认对齐数是2的幂,也是为了让我们的硬件有一个好的发挥

offsetof及其实现💥

其实offsetof是用宏来实现的,与一般的函数不同。

这个宏是用来查看结构体成员的偏移量的,并返回偏移量值。

我们知道结构体的首元素需要放在0偏移处。之后的成员要放在正确的偏移处。

struct S3
{
  double d;
  char c;
  int i;
};
int main()
{
  printf("%d\n", sizeof(struct S3));
  printf("%u\n", offsetof(struct S3, d));
  printf("%u\n", offsetof(struct S3, c));
  printf("%u\n", offsetof(struct S3, i));
  return 0;
}

来看看这个

我们可以算一算确实是这样,

double d; 0 - 7

char c; 8

int i; 12-15

一共16。

每个变量最开始的地方就是这个变量相对于0的偏移量。

那么既然这是一个宏那该如何去实现呢?

我们需要借助这幅图好好理解一下,到底偏移量意味着什么。

我们看到实际上偏移量就是该变量的地址的值减去首地址。

假设0偏移处地址是0x0012ff40。

0x0012ff48-0x0012ff40=8。

0x12ff4c-0x0012ff40 = 12。

这样我们对偏移量就有了不一样的理解。

那么我们如何来实现呢?

#include<stddef.h>
#define OFFSETOF(struct_type,member)  (int)&(((struct_type *)0)->member)
struct S3
{
  double d;
  char c;
  int i;
};
int main()
{ printf("%u\n", offsetof(struct S3, d));
  printf("%u\n", offsetof(struct S3, c));
  printf("%u\n", offsetof(struct S3, i));
  printf("%u\n", OFFSETOF(struct S3, d));
  printf("%u\n", OFFSETOF(struct S3, c));
  printf("%u\n", OFFSETOF(struct S3, i));
  return 0;
}

我们就是用这一行代码来实现的。

(int)&(((struct_type *)0)->member)

  1. (struct_type
    *)0:将0强制转换为指向struct_type类型的指针。这里假设结构体的实例位于0地址处,实际上并不是真的将结构体放在0地址处,而是为了方便计算偏移量而做的假设。
  2. ((struct_type*)0)->member:通过上述转换得到的指针,访问结构体中的成员member。这里并不会真的访问到实际的结构体,而是为了计算成员的偏移量而进行的操作。
    3. (int)&(((struct_type*)0)->member):通过取地址操作&,将上述成员的假设地址转换为实际的地址,并将其强制转换为int类型。这样就得到了成员的偏移量。

总结😈

这篇博客是用来梳理结构体知识的,并不算太难,算的上是对知识的检查和回顾,结构体对数据结构的学习十分重要希望大家都能学会 完(๑′ᴗ‵๑)


目录
相关文章
|
29天前
|
编译器 测试技术 C语言
【C语言】:自定义类型:结构体的使用及其内存对齐
【C语言】:自定义类型:结构体的使用及其内存对齐
33 7
|
27天前
|
网络协议 编译器 Linux
结构体(C语言)
结构体(C语言)
|
15天前
|
存储 编译器 定位技术
结构体数组在C语言中的应用与优化策略
结构体数组在C语言中的应用与优化策略
|
21天前
|
存储 编译器 数据库
结构体数组在C语言中的应用与优化技巧
结构体数组在C语言中的应用与优化技巧
|
26天前
|
C语言
C语言中的结构体
C语言中的结构体
11 0
|
28天前
|
编译器 C语言 C++
【海贼王编程冒险 - C语言海上篇】自定义类型:结构体,枚举,联合怎样定义?如何使用?
【海贼王编程冒险 - C语言海上篇】自定义类型:结构体,枚举,联合怎样定义?如何使用?
12 0
|
28天前
|
安全 编译器 C语言
【C语言进阶篇】offsetof宏的介绍 及其实现
【C语言进阶篇】offsetof宏的介绍 及其实现
|
28天前
|
存储 编译器 Linux
【c语言】详解结构体
【c语言】详解结构体
10 0
|
1月前
|
C语言
C语言---自定义类型:结构体(4)
C语言---自定义类型:结构体
|
1月前
|
编译器 C语言
C语言---自定义类型:结构体(3)
C语言---自定义类型:结构体