C語言中自定義類型詳解
結(jié)構(gòu)大小
我們先隨便給出一個結(jié)構(gòu)體,為了計(jì)算他的大小,我給出完整的打印方案:
typedef struct num { char c; int n; char cc; }num; int main() { printf("%d\n", sizeof(num)); return 0; }
好了,按道理來說我計(jì)算一個結(jié)構(gòu)體大小就看他的各個成員需要消耗多大的空間, num 結(jié)構(gòu)體中三個成員分別是 char ,int ,char 類型,對應(yīng) 1 , 4, 1 字節(jié)大小,這么說來只需要 6 字節(jié)空間就ok了;但是——我們看看打印結(jié)果:
你說整點(diǎn)小誤差就算了,好家伙直接歪了兩倍出來,why?要解釋這個問題這就需要引入 offsetof
offsetof
嘛是 offsetof,本質(zhì)上他是個宏,C 語言庫宏 offsetof 會生成一個類型為 size_t 的整型常量(size_t是標(biāo)準(zhǔn)C庫中定義的,在64位系統(tǒng)中為long long unsigned int),它是一個結(jié)構(gòu)成員相對于結(jié)構(gòu)開頭的字節(jié)偏移量。聲明為:
offsetof(type, member-designator)
其中結(jié)構(gòu)體成員是由 member-designator 給定的,結(jié)構(gòu)體的名稱是在 type 中給定的,需要<stddef.h>頭文件支持。
我們就來康康各個成員的偏移量究竟是多少
#include<stddef.h> int main() { printf("%d\n", offsetof(num,c)); printf("%d\n", offsetof(num, n)); printf("%d\n", offsetof(num, cc)); return 0; }
結(jié)果如下:
我們可以清楚的看到剛剛的 12 的組成是怎么來的了,我們知道偏移量單位是字節(jié),我們的 0,4,8 三個偏移量單位也就是字節(jié),num 在內(nèi)存中開始存儲的位置相對于第一個成員進(jìn)去的位置偏移量為0,也就是在同一個位置,第一個字節(jié)偏移量為 0,第二個字節(jié)偏移量為 1,第三個字節(jié)偏移量為2,以此類推。
我們搞個圖來具象一下這個過程(手殘ppt)
c,cc 是一個字節(jié)的 char 類型,n 是四字節(jié)的 int 類型,所以實(shí)際上我們利用的空間就只有上面的有顏色部分。
那么新的問題又來了,為什么會有空白部分(偏移量為1,2,3和未畫出的12)?空白部分又干什么去了? 那我們就要明白結(jié)構(gòu)體的對齊規(guī)則。
結(jié)構(gòu)體對齊規(guī)則
1. 結(jié)構(gòu)體第一個成員存在于結(jié)構(gòu)體偏移量為 0 的地址處,也就是同起點(diǎn)開始。
2.其他成員變量要對齊到某個數(shù)字(對齊數(shù))整數(shù)倍的地址處。地址數(shù)等于編譯器默認(rèn)的一個對齊數(shù)與該成員大小的較小值(我所使用的編譯器是 vs 2019,vs中默認(rèn)的值為 8,但 Linux環(huán)境無默認(rèn)對齊數(shù),對齊數(shù)就是成員自身大?。?br />3. 結(jié)構(gòu)體總大小是最大對齊數(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)的整數(shù)倍。
解釋:
第一條很好理解吧,我們第二條就拿成員 n 來說,n 的大小為 4編譯器默認(rèn)對齊數(shù)為 8,取 4,8 中的較小值 4 作為對齊數(shù)。
第三條的最大對齊數(shù)如何理解呢?其實(shí)就是所有成員中對齊數(shù)最大的那個,三個成員對齊數(shù)分別是 1,4,1 ,取最大值就是 4,要是 4 的整數(shù)倍才行,我們剛好取完最后一個成員 cc 對齊數(shù)是8,整個空間 0-8 大小就是 9,9不是4 的倍數(shù)我們?nèi)拥?,然后繼續(xù)浪費(fèi)掉三個空間直到來到我們的 12,滿足條件跳出。
舉個栗子:
struct num2 { double d; char c; int n; };
我們按照規(guī)則畫出他的內(nèi)存分布:
因?yàn)?double 類型是 8 個字節(jié),作為最大的成員,對齊數(shù)就是 8,從 0-15 大小為 16,16 是 8 的整數(shù)倍,因此結(jié)構(gòu)體大小就是 16。嵌套情況不贅述,和一般情況同理。
存在原因
==So,為什么結(jié)構(gòu)體會存在這種對齊機(jī)制呢 ?==兩個方面:
從移植性的角度:平臺不一樣功能不一樣,非所以硬件平臺都可以訪問任意地址上的任意數(shù)據(jù),某些硬件平臺只能在特定地址上取得特定的數(shù)據(jù)類型,否則就會硬件異常
從性能的角度:數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)尤其是棧這種,應(yīng)該盡可能的從自然邊界上對齊,原因就是為了訪問內(nèi)存,處理器需要對散序的空間作兩次內(nèi)存訪問;而對齊的內(nèi)存僅僅需要一次,也就是我們常用的手法:用空間換時間
如果說在結(jié)構(gòu)對齊方式不合適的時候,我們能自己更改默認(rèn)對齊數(shù)來提高性能嗎? 當(dāng)然可以!
#pragma pack(num) { …… return 0; } #pragma pack()
這個宏可以取消默認(rèn)對齊數(shù),括號里 num 設(shè)置成自己滿意的對齊數(shù),最后再用這個宏取消自己的設(shè)置即可。
今天就到這里吧,摸了家人們。
總結(jié)
到此這篇關(guān)于C語言中自定義類型詳解的文章就介紹到這了,更多相關(guān)C語言自定義類型內(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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