【C语言深度解剖】一篇搞懂结构体内存对齐【结构体的大小你会算了吗】

结构体内存对齐

大家好，我是西城s

文章目录

• • 前言
  • 引入
  • 结构体内存对齐
  • `offsetof`宏的使用
  • 为什么存在结构体内存对齐
  • 修改默认对齐数
  • 尾声

前言

作者: #西城s
这是我的主页：#西城s
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引入

大家看这个代码，伙伴们觉得这个代码执行的结果是什么？

struct S1 {
	char c1;
	int i;
	char c2;
};
//顺序换一下
struct S2 {
	char c1;
	char c2;
	int i;
};
int main() {
	struct S1 s1;
	struct S2 s2;
	printf("%d\n", sizeof(s1));
	printf("%d\n", sizeof(s2));
	return 0;
}
#endif

如果还没有了解过结构体内存对齐方面的知识的伙伴们，一定会认为这两个个结构体的大小都是6个字节（两个char类型和一个int类型），但其实，输出结果并不是这样的：

其实结构体大小的计算远没有成员直接相加这么简单，接下来我们进入正题：结构体内存对齐。

结构体内存对齐

首先得掌握结构体的对齐规则：

1. 第一个成员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 该成员大小的较小值。
   VS中默认的值为8
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. 如果嵌套了结构体的情况，嵌套的结构体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（含嵌套结构体的对齐数）的整数倍。

当然，光看概念规则，伙伴们估计是一头雾水了，接下来，博主给大家举几个例子，大家就明白了。

例子1：

struct S1 {
	char c1;
	int i;
	char c2;
};

例子2：

struct S3 {
	double d;
	char c;
	int i;
};

相信看到这里，大家已经会自己计算一个结构体所占内存的大小了。

offsetof宏的使用

使用offsetof宏，我们就可以知道我们刚才的推导过程是否是正确的。

作用：计算结构体中某变量相对于首地址的偏移
所要包含的头文件：#include<stddef.h>

图片来自www.cplusplus.com

使用举例：

#include<stddef.h>
struct S {
	int a;
	char c;
	double d;
};
int main() {
	printf("%d\n", offsetof(struct S, a));//0
	printf("%d\n", offsetof(struct S, c));//4
	printf("%d\n", offsetof(struct S, d));//8
	return 0;
}

当然有关offsetof这个宏的模拟实现，博主已经在另一篇博客中详细介绍了，有需要的伙伴们可以通过传送门食用~
【C语言深度解剖】预定义章节经典面试题讲解(offsetof宏模拟实现)【超详细的解释和注释】

为什么存在结构体内存对齐

平台原因(移植原因)

• 不是所有的硬件平台都可以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。

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，处理器需要做两次内存访问；而对齐的内存访问只需要一次访问

总体来说：
结构体的内存对齐时拿空间来换取时间的做法

因此我们在设计结构体的时候
我们要满足对齐，又要节省空间，如何做到呢？
—将占空间小的成员尽量放在一起

修改默认对齐数

指令：#pragma pack()
使用举例：（将默认对齐数修改为4）

#pragma pack(4)
struct S {
	char c;
	double d;
};
#pragma pack()
int main() {
	struct S s;
	printf("%d\n", sizeof(s));
	return 0;
}

尾声

相信看到这里，各位已经对结构体内存对齐这方面的内容有了一定的了解了，如果你感觉这篇文章对你有帮助的话，不要忘了一键三连再离开噢！