结构体内存对齐问题

news2024/11/20 20:41:19

结构体重点😃

1.结构体内存对齐问题,是在计算结构体的大小时,对结构体成员在内存中的位置进行研究的问题。
废话不多说,先看两个例子:

例题1:

struct S1
{
	char c1;
	int age;
	char c2;
};

int main()
{
	struct S1 s1 = { 0 };
	printf("%d\n", sizeof(s1));
}

先看这道例题:在该例题中,定义了一个结构体类型,该结构体有三个成员,请你计算出该结构体在内存中所占空间的大小。

揭晓答案:
如果你没有学过或者对这个知识不熟悉,你肯定很纳闷:为什么会是12呢?
答案是不是有问题?
不应该是6吗,c1 占一个字节,age 占4 个字节,c2占1个字节,1+4+1 =6 啊。
在这里插入图片描述
很明确地告诉你,就是12,下面看我操作。

先看下面的结构体内存对齐规则:

  • 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。对齐数=编译器默认的一个对齐数与该成员大小的较小值。

. visual studio中默认的值为8


  • 3.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。


  • 4.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。

看不懂没关系,一个个给你解释清楚;

看下图:
在这里插入图片描述

我们假设该结构体s1从图中箭头处占用内存,
先看第一点

1.第一个成员在与结构体变量偏移量为0的地址处。

这句话的意思就是,结构体在哪个地方占用内存,第一个成员就从哪里开始占用内存。
也就是说,箭头指向的地方是偏移量为0的地方,往下走,就是偏移量为1,2,…的地方,偏移量就是离最开始占用内存的位置的距离。
第一点清楚了,看第二点

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。
对齐数=编译器默认的一个对齐数与该成员大小的较小值。

. visual studio中默认的值为8

对齐数=编译器默认的一个对齐数与该成员大小的较小值。
这句话是重点:
比如说:
c1的大小是1个字节,vs 中默认的对齐数是 8 ,那么c1的对齐数就是 1|8中的较小者 ==1,c1的对齐数就是1
看age,age的大小是4,vs默认对齐数是8,那么age的对齐数就是4
好了,你应该明白了对齐数是什么。

其他成员变量要对齐到一个对齐数的整数倍:
这是什么意思呢?
我们现在已经知道了c1放在第一个位置,那么age应该放在:它的对齐数的倍数的位置:也就是放在第四个位置, 4是4的倍数,也就是age的对齐数的倍数
在这里插入图片描述

所以,age放在图中这个位置,中间打岔的内存,就浪费了,就不要了。

那么,c2的对齐数是1,现在age的末位置就是8,c2就从第九个位置开始找,9是1的倍数,所以,c2应该放在9这个地方
在这里插入图片描述
看到这里,又有一个问题了,那照我这么算,大小不应该9吗,怎么都不会跟12沾边啊。

别着急,看第三点:

3.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。

结构体总大小是 成员变量中最大对齐数的整数倍
c1 ,age,c2的对齐数分别为1,4,1,最大对齐数是4。
所以结构体的总大小一定是4的倍数,这里算出来,结构体的大小是9,该结构体的大小就是大于9且为4的倍数,所以就是 12 了。

懂了的话,再看一道例题:

struct S2
{
	char c1;
	char c2;
	int age;
};

int main()
{
	struct S2 s2 = { 0 };
	printf("%d\n", sizeof(s2));
}

请计算出s2的大小,给你一点时间,我直接揭晓答案

在这里插入图片描述
分析过程与第一个案例一模一样。

你有没有发现,S1 和S2的成员一模一样,只是位置不同

还有第四点,比较重要:

4.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。

直接看例题:

struct S3
{
	double d;
	char c;
	int i;
};

struct S4
{
	char c1;
	struct S3 s3;
	double d;
};

int main()
{
	printf("%d\n", sizeof(struct S3));
	printf("%d\n", sizeof(struct S4));
}

先计算S3的大小,S3中:d的大小是8个字节,对齐数是 8|8 = 8,
c的大小是1字节,对齐数是 1|8 =1字节,i的大小是4字节,对齐数是 4|8 = 4字节。
综合起来,S3的总大小就是 8+1+3(3是不使用的内存)+4 = 16.
所有成员变量中的最大对其数是4,而16刚好是4的倍数,所有
S3的总大小是16。

再看S4,S4中c1大小是1字节,对齐数是 1|8 = 1字节,第二个是嵌套S3 的结构体变量s3,根据第四点:

4.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
嵌套的结构体对齐到自己的最大对齐数的整数倍处,内部的结构体S3的最大对齐数是max(8,1,4) = 8,那么S3这个结构体,就在第八个位置占用内存。
在这里插入图片描述

如上图:
再接下来,S4 中的 d 的大小是8字节,对齐数是 8|8 =8,那么在内存中,由于24是8的倍数,所以 d 就从24这个位置开始占用内存
在这里插入图片描述
到现在为止,计算出的S4的大小是32,但是,每次计算出来,都要找每个成员变量的对齐数,
S4中,c1的对齐数是1,结构体S3的对齐数(已经找好了最大的了)是8,d的对齐数是8,那么S4的最大对齐数就是8,而32是8的倍数,所以最终结果是32。

总结:

  • 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。对齐数=编译器默认的一个对齐数与该成员大小的较小值。

. visual studio中默认的值为8


  • 3.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。


  • 4.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。

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