C/C++内存对齐规则(结构体、联合体、类)

简介: C/C++内存对齐规则(结构体、联合体、类)

前言


求结构体的大小是很热门的考点,无论你是学C还是C++,都会遇到这样的问题,在面试中也很受欢迎,所以我们先思考这样一个问题:计算结构体,联合体和类的大小应该怎么去计算呢?我们知道,在C语言中结构体内部可以包含很多变量,所以我们在没有学习这个知识之前,会固化地认为,结构体的大小就是内部变量的大小的总和,但是事实就是这样吗?显然并不是,那接下来我们就要去学习一下如何求结构体它们的大小

一、内存对齐规则(每一个都是重点

1. 第一个成员永远在与结构体变量偏移量为0的地址处。


2. 其他成员变量要对齐到 自身对齐数的整数倍 的地址处。


对齐数 = 编译器默认的一个对齐数 与 该成员大小的较小值。


只有VS中默认对齐数值为8

其他编辑器(gcc,clang)的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(每个成员变量都有一个对齐数)的整数倍。


4. 如果一个结构体的成员有另一个结构体类型的变量,这个结构体类型的变量要对齐到自己的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的整数倍。


5. 当结构体里有数组的时候,我们数组的对齐数是数组中一个元素的大小,之后在占整个数组大小的空间。5. 使用下面的代码可以设置默认对齐数:

#include <stdio.h>
#pragma pack(8)//设置默认对齐数为8
struct S1
{
    char c1;
    int i;
    char c2;
};
#pragma pack()//取消设置的默认对齐数,还原为默认


二、求结构体大小的例题 (都按编辑器没有默认对齐数)

1. 例题1

#include <stdio.h>
struct S1
{
    char c1;
    int i;
    char c2;
};
int main()
{
    printf("%lu",sizeof(struct S1));
    return 0;
}

答案及解析 12

2. 例题2

#include <stdio.h>
struct S2
{
    char c1;
    char c2;
    int i;
};
int main()
{
    printf("%lu\n", sizeof(struct S2));
    return 0;
}


答案及解析 8

153. 例题3

#include <stdio.h>
struct S3
{
    double d;
    char c;
    int i;
};
int main()
{
    printf("%lu\n", sizeof(struct S3));
    return 0;
}


答案及解析 16

4. 例题4 (嵌套结构体)

#include <stdio.h>
struct S3
{
    double d;
    char c;
    int i;
};
struct S4
{
    char c1;
    struct S3 s3;
    double d;
};
int main()
{
    printf("%lu\n", sizeof(struct S4));
    return 0;
}


答案及解析 32

5. 例题5(结构体内部有数组)

#include <stdio.h>
struct S1
{
    char c1;
    int arr[6];
};
int main()
{
    printf("%lu",sizeof(struct S1));
    return 0;
}


答案及解析 28

三、联合体的计算规则


联合体是共用同一块空间的;

1. 联合的大小至少是最大成员的大小

2. 当最大成员大小不是最大对齐数的整数倍的时候,就要对齐到最大对齐数的整数倍

3. 数组的对齐数是数组的一个元素的大小,再占整个数组大小的空间。

四、求union联合体大小的例题

1. 例题1

#include <stdio.h>
union Un1
{
    char c[5];
    int i;
};
int main()
{
    printf("%lu\n", sizeof(union Un1));
    return 0;
}

答案及解析  8

2. 例题2

#include <stdio.h>
union Un2
{
    short c[7];
    int i;
};
int main()
{
    printf("%lu\n", sizeof(union Un2));    
    return 0;
}

答案及解析 16

五、求类大小


向结构体看齐,一样的规则哦!但是有几点不跟结构体一样;


1. 类的内部有成员变量和成员函数,我们只算成员变量的就行,不需要算成员函数;


2. 不包含成员变量的类默认的大小是1字节,空类也是1字节


3. 静态成员变量不属于实例化对象,所以不会占类的空间,因为静态成员变量是一种特殊的静态全局变量,写在类里是为了表明它在哪个作用域而已。


4. 类里面包含类,计算大小的时候,不需要算类里面的类,内部的类其是跟我们外部的类平行的关系,放在类里面只是为了在访问的时候,需要指明在哪个作用域里。

1. 例题1

#include <iostream>
using namespace std;
class A
{
public:
    void Print()
    {
        cout << "Print()" << endl;
    }
private:
};
int main()
{
    cout << sizeof(A) << endl;
    return 0;
}


答案及解析 1

没有成员变量的类大小为1个字节;

2. 例题2

#include <iostream>
using namespace std;
class A
{
public:
    void Print()
    {
        cout << "Print()" << endl;
    }
private:
    double _a;
    char _b;
    int _c;
};
int main()
{
    cout << sizeof(A) << endl;
    return 0;
}

答案及解析 16

算类的大小,只需要算成员变量的大小,不需要算成员函数,因为成员函数属于类的共有部分,每个实例化对象都有这个函数,难bfb411d05853410ea73970360a138f81.png道我们每次实例化一次对象,就要创造成员函数吗?很显然不是,因为太消耗空间里,而每个实例化对象都必须有属于自己的成员变量,这是毋庸置疑的;




3. 例题3 (静态成员变量)

#include <iostream>
using namespace std;
class A
{
public:
    void Print()
    {
        cout << "Print()" << endl;
    }
private:
    double _a;
    static int _b;
};
int main()
{
    cout << sizeof(A) << endl;
    return 0;
}


答案及解析 8

静态成员变量是所有类的实例化对象共享的,并不是每个对象都要创建的,所以跟成员函数一个道理,不用算

4. 例题4 (类类型的成员变量)

#include <iostream>
using namespace std;
class A
{
public:
    void Print()
    {
        cout << "Print()" << endl;
    }
private:
    double _a;
};
class B
{
private:
    int _b;
    A _a;
};
int main()
{
    cout << sizeof(B) << endl;
    return 0;
}


答案及解析 16

要注意的是这不是内部类,是在成员变量里有一个A类类型的变量,这就跟结构体里面有另外一个结构体变量一样,如果一个结构体的成员有另一个结构体类型的变量,这个结构体类型的变量要对齐到自己的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的整数倍。

b11eae4d11764dd1bb23bc137c987c13.png

5. 例题5 (内部类)

#include <iostream>
using namespace std;
class A
{
public:
    void Print()
    {
        cout << "Print()" << endl;
    }
private:
    double _a;
    class B
    {
    private:
        int _b;
    };
};

答案及解析 8

内部类不需要算,因为是与外部类平行的关系

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