C语言详解结构体的内存对齐与大小计算

目录
  • 结构体的内存对齐
    • 1、计算结构体的大小
    • 2、结构体的对齐规则
    • 3、为什么存在内存对齐？
    • 4、总结

结构体的内存对齐

1、计算结构体的大小

struct S1
{
	char c1; // 1 byte，默认对齐数为8，所以c1的对齐数是1，第一个成员变量放在与结构体变量偏移量为0的地址处
	int i;   // 4 byte，默认对齐数为8，所以i的对齐数是4，所以i要放到偏移量为 4的整数倍 的地址处
	char c2; // 1 byte，默认对齐数为8，所以c2的对齐数是1，所以c2要放到偏移量为 1的整数倍 的地址处
	//最大对齐数是4
	//成员大小为9，不是最大对齐数4的整数倍，所以结构体总大小为12
};
printf("%d\n", sizeof(struct S1));

原理分析：

【练习题】

// 练习1
struct S2
{
	char c1;  // 1 byte / 8，对齐数是1，
	char c2;  // 1 byte / 8，对齐数是1，
	int i;    // 4 byte / 8，对齐数是4，
	// 最大对齐数是4
	// 成员大小为8，是最大对齐数的整数倍，所以结构体总大小为8
};
printf("%d\n", sizeof(struct S2));

// 练习2
struct S3
{

	char c;   // 1/8，对齐数是1
	int i;    // 4/8，对齐数是4
	double d; // 8/8，对齐数是8
	// 最大对齐数是8
	// 成员大小为16，是最大对齐数的整数倍，所以结构体总大小为16
};
printf("%d\n", sizeof(struct S3));

// 练习3-结构体嵌套问题
struct S4
{
	char c1;      //  1/8，对齐数是1
	struct S3 s3; // 16 byte，【S3的最大对齐数是8】，所以s3要放到8的整数倍的地址处
	double d;     //  8/8，对齐数是8
	// 最大对齐数是8
	// 成员大小为32，是最大对齐数的整数倍，所以结构体总大小为32
};
printf("%d\n", sizeof(struct S4));

2、结构体的对齐规则

第一个成员变量在与结构体变量偏移量为 0 的地址处。

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。

  • 对齐数 =「编译器默认的一个对齐数」与「该成员大小」中的较小值。
  • VS中默认对齐数为「8」，Linux中没有对齐数

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。

3、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。（那我们就要将数据对齐到能够访问的这些地址处）
  • 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。

4、总结

结构体的内存对齐是拿空间来换取时间的做法。

思考：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;  // 1/8，对齐数是1
	int i;    // 4/8，对齐数是4
	char c2;  // 1/8，对齐数是1
	// 最大对齐数是4
	// 成员大小为9，不是最大对齐数的整数倍，所以结构体总大小为12
};

struct S2
{
	char c1;  // 1/8，对齐数是1
	char c2;  // 1/8，对齐数是1
	int i;    // 4/8，对齐数是4
	// 最大对齐数是4
	// 成员大小为8，是最大对齐数的整数倍，所以结构体总大小为8
};

S1和S2类型的成员一模一样，但是S1和S2所占空间的大小却有了一些区别。

到此这篇关于C语言详解结构体的内存对齐与大小计算的文章就介绍到这了,更多相关C语言结构体内存对齐内容请搜索我们以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持我们！

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