在知道了结构体类型的基本使用之后,我们需要深入探讨一个问题,即计算结构体的大小,这也是一个热门的考点:结构体内存对齐。
目录
一、结构体的对齐规则
二、例题
2.1 例题一
2.2 例题二
2.3 例题三
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三、为什么存在内存对齐?
3.1 平台原因:
3.2 性能原因:
四、结构体成员变量的建议
五、修改默认对齐数
一、结构体的对齐规则
所以结构体在内存中到底是怎么开辟空间的?实际上结构体在内存中开辟空间有以下几点对齐规则:
- 第一个成员在与结构体变量偏移量为0的地址处。
- 其他的成员变量要对齐到某个【对齐数】的整数倍的偏移处。【对齐数】:结构体成员自身大小和编译器默认对齐数的较小值,在vs中默认对齐数是8.
- 结构体的总大小,必须是最大对齐数的整数倍,每个结构体变量都有一个对齐数,其中最大的对齐数就是最大对齐数。
- 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。
二、例题
在下面的例题中,我们直接使用结构体的对齐规则来做。
2.1 例题一
struct S2
{
char c1;
char c2;
int i;
};
int main()
{
struct S2 s2;
printf("%d\n", sizeof(struct S2));
return 0;
}
问题分析:
2.2 例题二
struct S3
{
double d;
char c;
int i;
};
int main()
{
struct S3 s3;
printf("%d\n", sizeof(struct S3));
return 0;
}
问题分析:
2.3 例题三
struct S3
{
double d;
char c;
int i;
};
struct S4
{
char c1;
struct S3 s3;
double d;
};
int main()
{
struct S4 s4;
printf("%d\n", sizeof(struct S4));
}
问题分析:
三、为什么存在内存对齐?
3.1 平台原因:
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。
3.2 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。
例如:假设32位机器CPU读取时一次读4个字节,
总体来说:
结构体的内存对齐是拿空间来换取时间的做法。
四、结构体成员变量的建议
在设计结构体的时候,我们既要满足对齐,又要节省空间,这时候我们想到让占用空间小的成员尽量集中在一起的方式。
例如:
struct s1
{
char c1;
int i;
char c2;
}; //结构体的大小是12个字节
struct s2
{
char c1;
char c2;
int i;
}; //结构体的大小是8个字节
五、修改默认对齐数
在上面求结构体的大小时,对齐数使用的很多,在vs编译环境下,默认对齐数是8,但是对于默认对齐数我们也是可以进行修改的。
之前我们见过了 #pragma 这个预处理指令,这里我们再次使用,可以改变我们的默认对齐数。
#pragma pack(1) //设置默认对齐数是1
struct S2
{
char c1;
int i;
char c2;
};
#pragma pack() //取消设置的默认对齐数,还原为默认
结构在对齐方式不合适的时候,我么可以自己更改默认对齐数。