C++面试题之结构体内存对齐计算问题总结大全
前言
本文给大家介绍的是关于C++结构体内存对齐计算的相关内容,内存对齐计算可谓是笔试题的必考题,但是如何按照计算原则算出正确答案一开始也不是很容易的事,所以专门通过例子来复习下关于结构体内存对齐的计算问题。话不多说,来一起看看详细介绍吧。
编译环境:vs2015
对齐原则:
原则1:数据成员对齐规则:结构(struct)(或联合(union))的数据成员,第一个数据成员放在offset为0的地方,以后每个数据成员的对齐按照#pragma pack
指定的数值和这个数据成员自身长度中,比较小的那个进行。
原则2:结构(或联合)的整体对齐规则:在数据成员完成各自对齐之后,结构(或联合)本身也要进行对齐,对齐将按照#pragma pack指定的数值和结构(或联合)最大数据成员长度中,比较小的那个进行。
原则3:结构体作为成员:如果一个结构里有某些结构体成员,则结构体成员要从其内部最大元素大小的整数倍地址开始存储。
默认对齐值:
Linux 默认#pragma pack(4)
window 默认#pragma pack(8)
注:可以通过预编译命令#pragma pack(n)
,n=1,2,4,8,16来改变这一系数,其中的n就是指定的“对齐系数”。
例一:一字节对齐
第一步: 成员数据对齐
#pragma pack(1) struct AA { int a; //长度4 < 1 按1对齐;偏移量为0;存放位置区间[0,3] char b; //长度1 = 1 按1对齐;偏移量为4;存放位置区间[4] short c; //长度2 > 1 按1对齐;偏移量为5;存放位置区间[5,6] char d; //长度1 = 1 按1对齐;偏移量为6;存放位置区间[7] //整体存放在[0~7]位置区间中,共八个字节。 }; #pragma pack()
第二步: 整体对齐
整体对齐系数 = min((max(int,short,char), 1) = 1
,所以不需要再进行整体对齐。整体大小就为8。
图示如下:
例二:二字节对齐
第一步: 成员数据对齐
#pragma pack(2) struct AA { int a; //长度4 > 2 按2对齐;偏移量为0;存放位置区间[0,3] char b; //长度1 < 2 按1对齐;偏移量为4;存放位置区间[4] short c; //长度2 = 2 按2对齐;偏移量要提升到2的倍数6;存放位置区间[6,7] char d; //长度1 < 2 按1对齐;偏移量为7;存放位置区间[8];共九个字节 }; #pragma pack()
第二步: 整体对齐
整体对齐系数 = min((max(int,short,char), 2) = 2
,将9提升到2的倍数,则为10.所以最终结果为10个字节。
图示如下:(X为补齐部分)
例三:四字节对齐
第一步: 成员数据对齐
#pragma pack(4) struct AA { int a; //长度4 = 4 按4对齐;偏移量为0;存放位置区间[0,3] char b; //长度1 < 4 按1对齐;偏移量为4;存放位置区间[4] short c; //长度2 < 4 按2对齐;偏移量要提升到2的倍数6;存放位置区间[6,7] char d; //长度1 < 4 按1对齐;偏移量为7;存放位置区间[8];总大小为9 }; #pragma pack()
第二步: 整体对齐
整体对齐系数 = min((max(int,short,char), 4) = 4
,将9提升到4的倍数,则为12.所以最终结果为12个字节。
图示如下:(X为补齐部分)
例三:八字节对齐
第一步: 成员数据对齐
#pragma pack(8) struct AA { int a; //长度4 < 8 按4对齐;偏移量为0;存放位置区间[0,3] char b; //长度1 < 8 按1对齐;偏移量为4;存放位置区间[4] short c; //长度2 < 8 按2对齐;偏移量要提升到2的倍数6;存放位置区间[6,7] char d; //长度1 < 8 按1对齐;偏移量为7;存放位置区间[8],总大小为9 }; #pragma pack()
第二步: 整体对齐
整体对齐系数 = min((max(int,short,char), 8) = 4
,将9提升到4的倍数,则为12.所以最终结果为12个字节。图示如上。
注:可以通过stddef.h库中的offsetof宏来查看对应结构体元素的偏移量。
例四:结构体中包含结构体的运算
整体计算过程如下
struct EE { int a; //长度4 < 8 按4对齐;偏移量为0;存放位置区间[0,3] char b; //长度1 < 8 按1对齐;偏移量为4;存放位置区间[4] short c; //长度2 < 8 按2对齐;偏移量由5提升到6;存放位置区间[6,7] //结构体内部最大元素为int,由于偏移量为8刚好是4的整数倍,所以从8开始存放接下来的struct FF struct FF { int a1; //长度4 < 8 按4对齐;偏移量为8;存放位置区间[8,11] char b1; //长度1 < 8 按1对齐;偏移量为12;存放位置区间[12] short c1; //长度2 < 8 按2对齐;偏移量为13,提升到2的倍数14;存放位置区间[14,15] char d1; //长度1 < 8 按1对齐;偏移量为16;存放位置区间[16] }; //整体对齐系数 = min((max(int,short,char), 8) = 4,将内存大小由17补齐到4的整数倍20 char d; //长度1 < 8 按1对齐;偏移量为21;存放位置区间[21] //整体对齐系数 = min((max(int,short,char), 8) = 4,将内存大小由21补齐到4的整数倍24 };
图示如下:
例五:再来一个嵌套结构体的计算
整体计算过程如下
struct B { char e[2]; //长度1 < 8 按2对齐;偏移量为0;存放位置区间[0,1] short h; //长度2 < 8 按2对齐;偏移量为2;存放位置区间[2,3] //结构体内部最大元素为double,偏移量为4,提升到8,所以从8开始存放接下来的struct A struct A { int a; //长度4 < 8 按4对齐;偏移量为8;存放位置区间[8,11] double b; //长度8 = 8 按8对齐;偏移量为12,提升到16;存放位置区间16,23] float c; //长度4 < 8,按4对齐;偏移量为24,存放位置区间[24,27] }; //整体对齐系数 = min((max(int,double,float), 8) = 8,将内存大小由28补齐到8的整数倍32 };
图示如下:
小结:当#pragma pack的n值等于或超过所有数据成员长度的时候,这个n值的大小将不产生任何效果。
总结
以上就是这篇文章的全部内容了,希望本文的内容对大家的学习或者工作能带来一定的帮助,如果有疑问大家可以留言交流,谢谢大家对我们的支持。