【C语言】结构体（深入）

news2025/4/15 19:38:02

前言：

在上一张讲解了结构体的基本知识，在本章深入讲解一下结构体。

如内存对齐，传参，实现尾段。

首先提一个问题吧，如下的代码结果输出是多少？

#include <stdio.h>
struct s1
{
	char name;
	int id;
	char xue;
	
}s1;
struct s2
{
	char e1;
	char e2;
	int e3;
}s2;
int main()
{
	printf("%zd\n", sizeof(s1));
	printf("%zd\n", sizeof(s2));
	return 0;
}

6，6？？？

nonono。

大家是如何计算的了，是char是一个字节，int是4个字节，是所以相加一共6个字节嘛？

正确的答案如下：

这就需要本章的知识了。

结构体内存对齐

对齐规则

char：1字节对齐
short：2字节对齐
int：通常为4字节对齐，但在某些平台可能为2字节对齐。
double：8字节对齐。

结构体对齐

四大黄金法则
- 首地址规则：结构体首地址 = max(成员对齐要求) 的整数倍
- 成员偏移规则：成员偏移量 = min(成员大小, 当前对齐值) 的整数倍
- 整体大小规则：结构体总大小 = max(成员对齐要求) 的整数倍
- 嵌套结构规则：子结构体的对齐值取其自身最大对齐值

问题分析：

struct Example 
{
char c1;
int n;
char c2;
   
};               // 总大小=12字节

c1在0的位置储存。

n不在1的位置储存，因为法则二中说了，偏移量是当前的的整数倍，所以向下浪费3个大小，n储存在4的位置，占4个字节。

c2储存在8的位置，结束了嘛？

没有。根据法则三总大小是max的整数倍，max也就是4，int的字节大小，所以继续向下浪费3各大小。

总大小是12。

大家可以分析一下s2是如何储存的了。

s1与s2的区别是顺序换了一下

struct s2
{
	char e1;
	char e2;
	int e3;
}s2;

分析如下：

0，1分别储存e1，e2

2不是4的整数倍，所以向下浪费2个字节，在储存int的四个字节，在分析它的储存值是max的整数倍嘛，欧克是滴

答案是8！！

为什莫存在内存对齐

平台（移植性）原因：
不是所有的硬件平台都能够访问任意地址上的任意数据。例如：特定的硬件平台只允许在特定地址获取特定类型的数据，否则会导致异常情况。
性能原因：
若访问未对齐的内存，将会导致 CPU 进行两次内存访问，并且要花费额外的时钟周期来处理对齐及运算。而本身就对齐的内存仅需要一次访问就可以完成读取动作。

修改默认对齐数

在C语言中，修改默认对齐数通常通过编译器特定的预处理指令实现。以下是详细步骤和注意事项：

方法：使用 `#pragma pack(n)`

设置对齐数：
```
#pragma pack(n)  // 将默认对齐数设置为n字节（n通常为1, 2, 4, 8等）
```
此指令后的结构体将按照n字节对齐，直到遇到新的#pragma pack指令。

恢复默认对齐：

#pragma pack()  // 恢复编译器默认对齐方式

保存并恢复原有设置（推荐）：

#pragma pack(push, n)  // 保存当前对齐状态，并设置新对齐数为n
// 定义需要特殊对齐的结构体
#pragma pack(pop)      // 恢复之前保存的对齐状态

示例：

#include <stdio.h>

#pragma pack(push, 1)  // 保存当前对齐，设置对齐数为1
struct Example {
    char a;    // 1字节
    int b;     // 4字节（原本可能需要对齐到4，现按1字节对齐）
    double c;  // 8字节（原本可能需要对齐到8，现按1字节对齐）
};
#pragma pack(pop)      // 恢复原有对齐

int main() {
    printf("结构体大小: %zu\n", sizeof(struct Example));  // 输出：1 + 4 + 8 = 13（无填充）
    return 0;
}

注意事项

编译器差异：
- #pragma pack 是MSVC和GCC等主流编译器支持的指令，但属于编译器扩展，不属于标准C。
- GCC还支持 __attribute__((packed)) 对单个结构体取消对齐：
```
struct Example {
    char a;
    int b;
    double c;
} __attribute__((packed));
```
性能影响：
- 减少对齐数可能降低内存占用，但可能导致未对齐内存访问，影响性能（尤其在硬件要求严格对齐的平台上）。
可移植性：
- 依赖编译器指令的代码可能在不同平台间表现不一致，建议封装平台相关代码并使用条件编译。