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C神功秘籍第五章

时间:2023-04-29

上一节的内容中,我们介绍了结构体基本的定义和使用,现在我们要引入一个新的一个知识点。

        大家都知道,任何一个变量都在内存中占用了一个空间,占用了多少空间由我们的数据类型来决定,比如int类型在32位机器下一个元素占用4个字节,char类型则只占用一个字节。这些数据类型的元素所占用的空间很好计算,公式:数据类型所占字节*元素个数。如下代码段:

#includeint main(){int arr[5]={1,2,3,4,5};int sz=sizeof(arr)/sizeof(arr[0]); //计算数组元素个数int len=sz*sizeof(int);return 0;}

最终结果为20、因为int类型每个元素占4个字节,而数组里面存放了5个int类型的元素,故4*5=20.

那么问题来了,有多种类型组成的集合,结构体又占用多少字节呢?是所有类型的元素直接相加的结果吗?还是其他的计算方法呢?这就要我们的新的一个知识点:结构体的内存对齐

内存对齐规则:

1.第一个成员在与结构体变量偏移量为0的地址处。

2.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。

3.对齐数:编译器默认的一个对齐数与该成员大小的较小值。

    3.1Vs2013默认对齐数为8,GCC编译器没有默认对齐数。

    3.2用#pragma pack预编译命令(设置对齐数)    可以修改默认对齐数,#pragma    pack()   取消默认对齐数。

4.结构体总大小为最大对齐数(每个成员变量的大小就是对齐数)的整数倍(不包括默认对齐数比较)

5.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,结构体大小就是所有的最大对齐数(含嵌套结构体的对齐数)的整数倍。

例如下代码:

#includestruct s1{ char c1; int a; char c2;};int main(){ struct s1 s; int sz=sizeof(s); return 0;}

sz的值最后为12.

为什么等于12呢

如下图 strut s1 s 结构体变量的内存布局图

 (图中每个矩形方格代表一个字节)第一个结构体成员 char c1默认在与内存偏移量为0的初存储,并且占用一个字节(蓝色方格),根据上面所述的内存对齐规则,从第二个存放的结构体成员,存放在内存偏移量为自身数据类型所占字节与编译器默认对齐数比较较小值的整数倍处开始存放。int 类型占4个字节,vs2013编译器默认对齐数为8,4和8比较4为较小值,所以存储在4的整数倍偏移量处。目前内存偏移量为0,不是4的整数倍,所以我们要浪费空间(空矩形方格是浪费的空间),到了偏移量为4处开始存放4个字节的int 变量成员。

最后开始存放char c2成员变量,char类型大小为1个字节,跟默认对齐数8比较1是较小值,所以从1的整数倍处开始存放,8,9,10....都是1的整数倍,故目前偏移量为8,从偏移量为9处开始存放char c2.

但是结构体最后的大小并不是9,根据上述内存对齐规则,结构体总大小要为最大对齐数(每个成员变量的大小就是对齐数)的整数倍(不包括默认对齐数比较),这个结构体最大的对齐数故是int类型4的整数倍处,但是我们现在偏移量为9不是4的整数倍,所以我们还要继续浪费3个字节的空间,最终结构体大小为12.

那么为什么结构体要内存对齐呢?这种浪费空间的行为我们不是应该避免吗?其实c语言这也是无奈之举,因为各个硬件平台对存储空间的处理上有很大的不同,一些平台对某些特定类型的数据只能从某些特定地址开始存取。

        好了,这一节的内容我们就讲到这里,结构体的内存对齐属于结构体的重点,大家务必掌握,有什么疑问可以私信我或评论区留言,最后,求个赞吧!我们来日方长!

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