结构体内存对齐

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前言

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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!

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