结构体内存的对齐

news2024/11/15 4:44:51

结构体的对齐规则

第一个成员在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
1）对齐数 =min( 编译器默认的一个对齐数, 该成员大小）。
2）默认的对齐数，可以通过宏 #pragma pack(N) 指定的值,这里面的 N一定是2的幂次方.如1,2,4,8,16等。
3）vs中的默认值为8。
4）gcc编译器是没有默认对齐数的，所以 对齐数 = 该成员大小。
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。

第一个例子：

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

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

输出

结构体内存存储方式如下图：
在这里插入图片描述

由结构体对齐规则的第一条，可知第一个成员变量c1存储在偏移量为0的地址处, 占用一个字节。
由第二条规则，可知第二个成员变量i, 对齐数= min(8, 4), 其中8是VS的默认对齐数，4是int i 的大小，所以对齐数为4。而变量i要存放在对齐数4的整数倍处，则其应该存放在地址4处，且占用4个字节。
第三个成员变量**c2, 对齐数= min(8, 1), 对齐数为1，则c2存放在地址8处
由第三条结构体对齐规则，成员变量c1、i、c2的最大对齐数为4，结构体整体大小应该为4的整数倍，而当前c2存放在地址8处，也即是9个字节，所以结构体整体大小应该是4*3=12个字节。

第二个例子

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

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

输出

结构体内存存储方式如下图:
在这里插入图片描述

由结构体第一条规则，可知第一个成员变量**c1存放在偏移地址0处，占用一个字节。
由第二条规则，可知成员变量c2，对齐数=min(8, 1), 其对齐数的值为 1，则c2存放的偏移地址为1的整数倍，存放在偏移地址1处。
由第二条规则，可知成员变量 i，对齐数=min(8, 4), 其对齐数的值为4 ，则i存放在偏移地址为4的整数倍处，即存放在偏移地址4处，占用4个节。
由第三条规则，结构体整体大小为最大对齐数4的整数倍，而当前占用了8个字节，正好为4的2倍，符合规则。

第三个例子，嵌套结构体

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

struct S3
{
	char c1;
	struct S2 s2;
	int i;
};

int main()
{
	struct S3 s3;
    printf("%d\n", sizeof(s3));
}

输出

结构体内存存储方式如下图:
在这里插入图片描述

由结构体第一条规则，可知第一个成员变量c1，存放在偏移地址0处，占用一个字节。
由结构体第四条规则：嵌套的结构体对齐到自己的最大对齐数的整数倍处，而结构体s2的最大对齐数为4，所以其存放在偏移地址4处，占用8 个字节。
由结构体第二条规则，可知第三个成员变量 i，对齐数=min(8, 4), 对齐数为4，所以 i 存放在4*3=12偏移地址处，占用4个字节。
由第三条规则，可知结构体的最大对齐数 = max(1, 4, 4), 对齐数为4，而当前已经占用了16个字节，正好为4的整数倍，所以结构体整体大小为 16字节。

pragma pack(N) 修改默认的对齐数

struct S4
{
	char c1;
	double a;
	int b;
};

#pragma pack(4)  //设置默认对齐数为4
struct S5
{
	char c1;
	double a;
	int b;
};
#pragma pack()   //恢复默认对齐数


int main()
{
	struct S4 s4;
	struct S5 s5;
	printf("%d\n", sizeof(s4));
	printf("%d\n", sizeof(s5));

	return 0;
}

输出