C語言中結(jié)構(gòu)體與內(nèi)存對齊實例解析

更新時間：2021年07月18日 14:48:46 作者：小辜同學

C語言結(jié)構(gòu)體對齊也是老生常談的話題了,基本上是面試題的必考題,這篇文章主要給大家介紹了關(guān)于C語言中結(jié)構(gòu)體與內(nèi)存對齊的相關(guān)資料,需要的朋友可以參考下

1.結(jié)構(gòu)體類型

C語言中的2種類型：原生類型和自定義類型，結(jié)構(gòu)體類型是一種自定義類型。

2.結(jié)構(gòu)體使用時先定義結(jié)構(gòu)體類型再用類型定義變量

-> 結(jié)構(gòu)體定義時需要先定義結(jié)構(gòu)體類型，然后再用類型來定義變量。

-> 也可以在定義結(jié)構(gòu)體類型的同時定義結(jié)構(gòu)體變量。

// 定義類型
struct people
{
 char name[20];
 int age;
};
 
// 定義類型的同時定義變量。
struct student
{
 char name[20];
 int age;
}s1;
 
// 將類型struct student重命名為s1，s1是一個類型名，不是變量
typedef struct student
{
 char name[20];
 int age;
}s1;

3.從數(shù)組到結(jié)構(gòu)體的進步之處

-> 結(jié)構(gòu)體可以認為是從數(shù)組發(fā)展而來的。

-> 數(shù)組有2個明顯的缺陷：第一個是定義時必須明確給出大小，且這個大小在以后不能再更改；第二個是數(shù)組要求所有的元素的類型必須一致。

-> 結(jié)構(gòu)體是用來解決數(shù)組的第二個缺陷的，可以將結(jié)構(gòu)體理解為一個其中元素類型可以不相同的數(shù)組。

4.結(jié)構(gòu)體變量中的元素如何訪問？

-> 數(shù)組中元素的訪問方式：表面上有2種方式（數(shù)組下標方式和指針方式）；實質(zhì)上都是指針方式訪問。

-> 結(jié)構(gòu)體變量中的元素訪問方式：只有一種，用 . 或者->的方式來訪問。

struct score
{
 int a;
 int b;
 int c;
};
 
struct myStruct
{
 int a;   // 4 
 double b;  // 8
 char c;
};
 
int  main()
{
 struct myStruct s1;
 s1.a = 12;        // int *p = (int *)&s1; *p = 12;
 s1.b = 4.4;       // double *p = (double *)(&s1 + 4); *p = 4.4;
 s1.c = 'a';      // char *p = (char *)((int)&s1 + 12); *p = 'a';
 
 int a[3];  // 3個學生的成績，數(shù)組方式
 score s;  // 3個學生的成績，結(jié)構(gòu)體的方式
 
 s.a = 12;  // 編譯器在內(nèi)部還是轉(zhuǎn)成指針式訪問 int *p = s; *(p+0) = 12;
 s.b = 44;  // int *p = s; *(p+1) = 44;
 s.c = 64;  // int *p = s; *(p+2) = 44;
}

5.結(jié)構(gòu)體的對齊訪問

什么是結(jié)構(gòu)體對齊訪問:

//定義一個結(jié)構(gòu)體
struct s
{
 char c;   //     c實際占4字節(jié)，而不是1字節(jié)
 int b;   // 4
};
 
int main(void)
{
 struct s s1;
 s1.c = 't';
 s1.b = 12;
 
 char *p1 = (char *)(&s1);
 printf("*p1 = %c.\n", *p1);   // t
 
 int *p2 = (int *)((int)&s1 + 1);  
 printf("*p2 = %d.\n", *p2);   // 201852036.得到一個奇怪的數(shù)字
 
 int *p3 = (int *)((int)&s1 + 4);  
 printf("*p3 = %d.\n", *p3);   // 12.
 
 
 printf("sizeof(struct s) = %d.\n", sizeof(struct s)); 結(jié)果是8
 
 return 0;
 
}

6.結(jié)構(gòu)體為何要對齊訪問

-> 結(jié)構(gòu)體中元素對齊訪問主要原因是為了配合硬件，也就是說硬件本身有物理上的限制，如果對齊排布和訪問會提高效率，否則會大大降低效率。

-> 對比對齊訪問和不對齊訪問：對齊訪問犧牲了內(nèi)存空間，換取了速度性能；而非對齊訪問犧牲了訪問速度性能，換取了內(nèi)存空間的完全利用。

7.結(jié)構(gòu)體對齊實例

struct mystruct1
{     // 1字節(jié)對齊     4字節(jié)對齊
    int a;   // 4   4
    char b;   // 1   2(1+1)
    short c;  // 2   2
};
 
int main()
{
 printf("sizeof(struct mystruct1) = %d.\n", sizeof(struct mystruct1));       //   8
 return 0;
}

分析：首先是整個結(jié)構(gòu)體，整個結(jié)構(gòu)體變量4字節(jié)對齊是由編譯器保證的，我們不用操心。第一個元素a，a的開始地址就是整個結(jié)構(gòu)體的開始地址，所以自然是4字節(jié)對齊的。但是a的結(jié)束地址要由下一個元素說了算。第二個元素b，因為上一個元素a本身占4字節(jié)，本身就是對齊的。所以留給b的開始地址也是4字節(jié)對齊地址，所以b可以直接放。 b的起始地址定了后，結(jié)束地址不能定（因為可能需要填充），結(jié)束地址要看下一個元素來定。然后是第三個元素c，short類型需要2字節(jié)對齊（short類型元素必須放在類似0，2，4，8這樣的地址處，不能放在1，3這樣的奇數(shù)地址處），因此c不能緊挨著b來存放，解決方案是在b之后添加1 字節(jié)的填，然后再開始放c。c放完之后還沒結(jié)束，當整個結(jié)構(gòu)體的所有元素都對齊存放后，還沒結(jié)束，因為整個結(jié)構(gòu)體大小還要是4的整數(shù)倍。

typedef struct mystruct2
{					// 1字節(jié)對齊  	4字節(jié)對齊
    char a;			// 1			4(1+3)
    int b;			// 4			4
    short c;		// 2			4(2+2)
}MyS2;
 
int main()
{
	printf("sizeof(struct mystruct2) = %d.\n", sizeof(struct mystruct2));   //12
	return 0;
}

struct mystruct1
{            //1字節(jié)對齊    4字節(jié)對齊
    int a;          // 4       4
    char b;          // 1       2(1+1)
    short c;         // 2       2
};
 
typedef struct myStruct5
{       // 1字節(jié)對齊    4字節(jié)對齊
    int a;     // 4   4
    struct mystruct1 s1; // 7   8
    double b;    // 8   8
    int c;     // 4   4 
}MyS5;
 
int main()
{
 printf("sizeof(struct mystruct5) = %d.\n", sizeof(MyS5));  //24
 return 0;
}

struct stu
{       // 1字節(jié)對齊     4字節(jié)對齊
 char sex;    // 1   4(1+3)
 int length;    // 4   4
 char name[10];   // 10   12(10+2)
};
 
 
int main()
{
 printf("sizeof(struct stu) = %d.\n", sizeof(struct stu));  //20
 return 0;
}