前言

在前面的章節(jié)中，我們談到了C語言中整數(shù)以及浮點數(shù)的儲存

今天，我們來談一談一些關(guān)于結(jié)構(gòu)體內(nèi)存的知識。

我們先來看一個例子：

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

大家來猜猜這個結(jié)構(gòu)體S1的內(nèi)存是多少？

相信會有人給出 6 的結(jié)果，他們或許是這樣想的，兩個 char 類型分別為一個字節(jié)，一個 int 類型又為4個字節(jié)，加起來剛好為6個

但是

結(jié)果真是如此嗎？

我們來看看運行結(jié)果：

為什么呢，接下來我們就引出正文。

一.結(jié)構(gòu)體內(nèi)存對齊規(guī)則

首先，正如引例所示，結(jié)構(gòu)體的內(nèi)存并不是簡簡單單的將結(jié)構(gòu)體各個成員的大小相加。

結(jié)構(gòu)體的大小往往遵循著結(jié)構(gòu)體的對齊規(guī)則：

1. 第一個成員在與結(jié)構(gòu)體變量偏移量為0的地址處。
2. 其他成員變量要對齊到某個數(shù)字（對齊數(shù)）的整數(shù)倍的地址處。
3. 結(jié)構(gòu)體總大小為最大對齊數(shù)（每個成員變量都有一個對齊數(shù)）的整數(shù)倍。
4. 如果嵌套了結(jié)構(gòu)體的情況，嵌套的結(jié)構(gòu)體對齊到自己的最大對齊數(shù)的整數(shù)倍處，結(jié)構(gòu)體的整體大小就是所有最大對齊數(shù)（含嵌套結(jié)構(gòu)體的對齊數(shù)）的整數(shù)倍。

這里要注意的一點就是要解釋一下這個對齊數(shù)的概念

對齊數(shù)：編譯器默認(rèn)的一個對齊數(shù) 與 該結(jié)構(gòu)體變量成員自身大小的較小值。

　　注：

　　　　不是所有的編譯器都有自己默認(rèn)的對齊數(shù)。

　　　　在VS下其默認(rèn)的對齊數(shù)為8

　　　　在linux下的默認(rèn)值為4

二.怎樣計算結(jié)構(gòu)體的大小

在講計算之前，我們繼續(xù)來看一看上面的那個例子：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS

#include<stdio.h>
#include<stddef.h>

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

int main()
{
 printf("該結(jié)構(gòu)體成員 c1 開始的位置為第 %d 個字節(jié)\n", offsetof(struct S1, c1));
 printf("該結(jié)構(gòu)體成員 i 開始的位置為第 %d 個字節(jié)\n", offsetof(struct S1, i));
 printf("該結(jié)構(gòu)體成員 c2 開始的位置為第 %d 個字節(jié)\n", offsetof(struct S1, c2));
 printf("該結(jié)構(gòu)體所占的內(nèi)存空間為 %d 個字節(jié)\n", sizeof(struct S1));
 return 0;
}

注：

　　宏 offsetof() 可以計算出結(jié)構(gòu)體各成員所相對開始位置的一個偏移量。

　　偏移量 ： 我們可以理解為把結(jié)構(gòu)體變量第一個成員所儲存的第一個位置置于0，以此遞增

我們來看看結(jié)果：

這是為什么呢？

我們來看看上面所提到的結(jié)構(gòu)體內(nèi)存對齊規(guī)則：

然后我們來看示意圖：

此時，關(guān)于結(jié)構(gòu)體的大小，我們應(yīng)該清楚了不少，接下來，我們繼續(xù)來看幾道例題：

struct S2
{
 char c1;
 char c2;
 int i;
};
int main()
{
 printf("%d\n", sizeof(struct S2));
 return 0;
 }

我們看到，S1與S2的區(qū)別僅僅只是調(diào)換了一下各成員間的順序，那它所占的內(nèi)存還是剛才的值嗎：

運行結(jié)果：

我們繼續(xù)來分析一下：

趁此機會，我們再來鞏固一下：

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

int main()
{
  printf("%d\n", sizeof(struct S3));
  return 0;
}

它的結(jié)果會是多少呢？

不知道大家作對了嗎？

解析：

　　 首先 double 類型占8個字節(jié)

　　char 又展覽接下來的一個

　　而 int 的對齊數(shù)為 4，所以空3個字節(jié)從12開始

　　而這個結(jié)構(gòu)體的最大對齊數(shù)為8

　　 所以該結(jié)構(gòu)體占 2*8 = 16個字節(jié)

最后，我們再來看一道嵌套結(jié)構(gòu)體的例題：

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

struct S4
{
  char c1;
  struct S3 s3;
  double d;
};

int main()
{
  printf("%d\n", sizeof(struct S4));
  return 0;
}

它的結(jié)果又為多少呢？

解析：

　　我們先來看看規(guī)則 4： 如果嵌套了結(jié)構(gòu)體的情況，嵌套的結(jié)構(gòu)體對齊到自己的最大對齊數(shù)的整數(shù)倍處，

　　　　　　　　　　　　結(jié)構(gòu)體的整體大小就是所有最大對齊數(shù)（含嵌套結(jié)構(gòu)體的對齊數(shù)）的整數(shù)倍

　　S3的最大對齊數(shù)為 8，它的大小為 16 個字節(jié)

　　首先，毋庸置疑的是 char 先放到首位

　　 接下來因為S3的對齊數(shù)為 8，所以S3放在了以位置8開始的16個字節(jié)

　　 最后是double，對齊數(shù)為8，所以放在了24的位置

　　最后，該結(jié)構(gòu)體的大小為 4*8 = 32 個字節(jié)

在進(jìn)行結(jié)構(gòu)體所占大小的計算中，我們又可以得到一個基本編程常識：

三.設(shè)計結(jié)構(gòu)體時要注意的方面

在我們進(jìn)行結(jié)構(gòu)體的設(shè)計中，我們可以把一些所占空間小的，來湊到一起，提高資源的利用率。

正如上文所提到的例1與例2，結(jié)構(gòu)體成員完全相同，但順序不同，兩個結(jié)構(gòu)體的大小也截然不同

//例1
struct S1
{
  char c1;
  int i;
  char c2;
};

//例2
struct S2
{
  char c1;
  char c2;
  int i;
};

int main()
{
  printf("%d\n", sizeof(struct S1));//12
  printf("%d\n", sizeof(struct S2));//8
  return 0;
}

四.為什么存在內(nèi)存對齊

對于這個原因，目前話沒有一種完全正確的答案，但是：

大部分的參考資料都是如是說的：

　　1. 平臺原因(移植原因)：

　　　　不是所有的硬件平臺都能訪問任意地址上的任意數(shù)據(jù)的；

　　　　某些硬件平臺只能在某些地址 處取某些特定類型的數(shù)據(jù)，否則拋出硬件異常。

　　 2. 性能原因：

　　　　 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(尤其是棧)應(yīng)該盡可能地在自然邊界上對齊。

　　　　原因在于，為了訪問未對齊的內(nèi)存，處理器 需要作兩次內(nèi)存訪問；而對齊的內(nèi)存訪問僅需要一次訪問。

對于原因而我們來看一個示意圖：

五.修改默認(rèn)對齊數(shù)

我們通常使用如下的預(yù)處理命令來修改編譯器的默認(rèn)對齊數(shù)：

#pragma pack()  

如果（）里面不加數(shù)字，則默認(rèn)為編譯器的默認(rèn)對齊數(shù)

我們修改的時候，只需在（）里加一個數(shù)字就行

取消的時候再添加一次#pragma pack() 即可

注：

　　再（）里添加的數(shù)字，我們通常加的都是2的多少次方

下面來舉一個實例：

#include <stdio.h>
#pragma pack(8)//設(shè)置默認(rèn)對齊數(shù)為8
struct S1
{
  char c1;
  int i;
  char c2;
};
#pragma pack()//取消設(shè)置的默認(rèn)對齊數(shù)，還原為默認(rèn)
#pragma pack(1)//設(shè)置默認(rèn)對齊數(shù)為8
struct S2
{
  char c1;
  int i;
  char c2;
};
#pragma pack()//取消設(shè)置的默認(rèn)對齊數(shù)，還原為默認(rèn)
int main()
{
  //輸出的結(jié)果是什么？
  printf("%d\n", sizeof(struct S1));//12
  printf("%d\n", sizeof(struct S2));//6
  return 0;
}

由此可見，我們也可以通過修改默認(rèn)對齊數(shù)來節(jié)約 結(jié)構(gòu)體使用的空間。

關(guān)于結(jié)構(gòu)體內(nèi)存的講解便到此為止。

筆者水平有限，若有錯誤之處，還望多多指正。

總結(jié)

到此這篇關(guān)于C語言結(jié)構(gòu)體內(nèi)存對齊的文章就介紹到這了,更多相關(guān)C語言結(jié)構(gòu)體內(nèi)存對齊內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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