结构体内存对齐

想要计算结构体大小,必须先掌握结构体内存对齐规则:

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。

3.对齐数 = 编译器默认的一个对齐数 与 该成员大小的较小值。 windows(32)/VC6.0 中默认的值为8, linux(32)/GCC 中的默认值为4。

4.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。

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。


练习1

struct S1{

char c1;

int i;

char c2;

};


练习1

c1先存入0地址处,i的对齐数为4(int 为4, 默认为8,取小),在变量偏移为0的地址处存入(即4处)(这里为什么是4呢?这个是根据我们的第二条规则,从地址为0开始,对齐数的整数倍开始填入),c2对齐数为1,在8处存入,共消耗9个地址;结构体总大小为最大对齐数(4)的整数倍,即12。

练习2

struct S2

{

char c1;

char c2;

int i;

};


练习2

c1存入0地址处,c2对齐数为1(char为1,默认8,取小),在变量偏移为0的地址处存入(即1处),i的对齐数为4(int为4,默认8,取小),在变量偏移为0的地址处存入(即4处),共消耗8个地址;结构体总大小为最大对齐数(4)的整数倍,即8。

练习3

struct S3

{

double d;

char c;

int i;

};


练习3

d存入0地址处,c对齐数为1,存入8处,i对齐数为4,存入12处,共消耗16地址;结构体总大小为最大对齐数(4)的整数倍,即16。

练习4-结构体嵌套问题

struct S4

{

char c1;

struct S3 s3;

double d;

};


练习4

c1存入0地址处,S3对齐到其最大对齐数的整数倍处(即8处),依次对齐d、c、i、d,消耗32个地址,结构体的整体大小就是所有最大对齐数(即8)的整数倍,32恰好是8的整数倍,所以为32。


2. 为什么存在内存对齐

大部分的参考资料是这样说的:

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。

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。

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:

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;

};

S1和S2类型的成员一模一样,但是S1和S2所占空间的大小有了一些区别。

3. 修改默认对齐数

#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

#pragma pack(1)//设置默认对齐数为

struct S2

{

char c1;

int i;

char c2;

};

#pragma pack()//取消设置的默认对齐数,还原为默认

int main()

{

//输出的结果是什么?

printf("%d\n", sizeof(struct S1));          //12

printf("%d\n", sizeof(struct S2));          //6

return 0;

}

结论:

结构在对齐方式不合适的时候,那么可以自己更改默认对齐数。

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