杂谈c语言——3.内存对齐

news2024/11/26 15:40:16

先看两个例子：

typedef struct S {
	int a;
	double b;
	char c;
}S;

typedef struct B {
	int a;
	char b;
	double c;
}B;


int main() {

	printf("S : %d\n", sizeof(S));
	printf("B : %d\n", sizeof(B));

	return 0;
}

结果为：

S:24;

B:16：

可见不同，简单来说就是按照成员的定义顺序，依次为其分配内存，分配内存的起始偏移位置应该是选定对齐数的整数倍，最后结构体变量所占大小应该是成员最大对齐数的整数倍。

1.对齐原则

内存对⻬规则

• 第⼀个成员在与结构体偏移量为0的地址处。

• 其他成员变量要对⻬到某个数字（对⻬数）的整数倍的地址处。

• 注意：对⻬数 = 编译器默认的⼀个对⻬数与该成员⼤⼩的较⼩值。

• VS中默认的对⻬数为8

• 结构体总⼤⼩为：最⼤对⻬数（所有变量类型最⼤者与默认对⻬参数取最⼩）的整数倍。

• 如果嵌套了结构体的情况，嵌套的结构体对⻬到⾃⼰的最⼤对⻬数的整数倍处，结构体的整体⼤⼩就是所有最⼤对⻬数（含嵌套结构体的对⻬数）的整数倍。

举例证明

//练习1.
struct A {
	char c;
	int i;
	char b;
};
 
int main(){
    printf("%d\n",sizeof(struct A));
    return 0;
    }

结构体成员变量分配内存的详细过程：

1.首先：char c为第一个成员变量，遵循第一条规则，char c从偏移量0开始，占1个字节，指针指向下一个偏移地址1

2.接下来存放int i, 但偏移地址 “1” 并不是对齐数4的整数倍

对齐数4来自（对齐数 = 编译器默认的一个对齐数与该成员大小的较小值。）规则2，成员变量2是int类型，大小为4字节，在VS中，编译器默认对齐数为8，8与4的较小值为4，所以成员变量2的对齐数为4。

那么指针需要移动到对齐数4的整数倍，即偏移量4地址处，开始存放int i 占4个字节，且偏移量1~3为空闲区，浪费了。

3.接下来指针指向了偏移地址9，第三个成员变量char b的对齐数是1，偏移9是对齐数1的整数倍，符合条件，存放char b，占一字节，指针指向偏移10地址，由第三条规则可知，. 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，struct A最大对齐数是int i的对齐数4，那么现偏移10并不是对齐数4的整数倍，指针继续向下寻找符合条件的偏移地址，最后指针指向偏移12，12是4的整数倍，符合规则，那么偏移结束。

结果共占12字节，内存中浪费了6个字节。

2.强化训练

struct S3
{
	double d;
	char c;
	int i;
};
 
 
struct S4
{
	char c1;
	struct S3 s3;
	double d;
};
 
int main(){
    printf("%d\n", sizeof(struct S4));
    return 0;
    }

由对齐原则可知sizeof（s3）=16；

计算sizeof（s4）

练习4.结构体内存分配过程：

1.首先：char c1为第一个成员变量，遵循第一条规则，char c从偏移量0开始，占1个字节，指针指向下一个偏移地址1

2.其次，第二个成员变量为结构体S3，说明是嵌套结构体，通过刚才对S3的结构体大小可知是16字节，且S3中最大对齐数为8，通过规则4可知，现指针指向的偏移地址1并不是对齐数8的整数倍，所以指针需要向后跳转，直到指针指向偏移量为8的地址，才符合要求，开始存放struct S3成员变量，共16字节

3.最后，指针指向偏移量为24的地址处，最后一个成员变量为double d，d的对齐数为8，偏移地址“24”是对齐数8的整数倍，所以开始存放double d，占8字节。

现在指针指向了偏移量为32的地址，32是整个结构体最大对齐数8的整数倍，偏移结束，结构体S4共占32字节，浪费了7个字节（偏移地址1~7）。