结构体占用内存大小如何确定？--＞结构体字节对齐 | C语言

news2024/11/18 5:34:15

一、什么是结构体

二、为什么需要结构体

三、结构体的字节对齐

3.1、示例1

3.2、示例2

3.3、示例3

3.4、示例4

3.5、示例5

四、结构体字节对齐总结

一、什么是结构体

结构体是将不同类型的数据按照一定的功能需求进行整体封装，封装的数据类型与大小均可以由用户指定。

结构体定义，如下图1：

图1

二、为什么需要结构体

当需要存储大量重复的信息时，比如存储一个班级学生的信息，肯定包括姓名、学号、性别、年龄、成绩、家庭地址等项。这些项都是具有内在联系的，它们是一个整体，都表示同一个学生的信息。但如果将它们定义成相互独立的变量的话，就无法反映它们的内在联系，如下图2:

图2

如果只是这样写的话，只是定义了一个学生，如果要定义第二个学生就要再写一遍。这样不仅麻烦，而且很容易混淆。要是能定义一个变量,而且这个变量正好包含这六个项，即将它们合并成一个整体的话就好了。结构体就是为了解决这个问题而产生的。

三、结构体的字节对齐

现在来探讨一个问题，结构体的大小是如何划分的呢？

3.1、示例1

有这样一个程序，结构占用内存大小按理来说应该是，char占1个字节，int占4个字节，1+4=5，结构体占用内存大小应该是5个字节才对。

#include <stdio.h>

struct STUDENT
	{
		char a;
		int b;
	}data;

int main()
{
	printf("a的地址为:%p,b的地址为:%p\n", &data.a, &data.b);  //%p是取地址符
	printf("结构体总大小为:%d\n", sizeof(data));
   
   return 0;
}

以上程序输出结果如下图3所示：

图3

内存分配图下图4：

图4

分析：

事实上结构体大小是8个字节，b占4字节我们能理解，但a是char型，char型不是占1字节吗，这里为什么占4字节?其实不是它占了4字节，它占的还是1字节，只不过结构体中有一个字节对齐的概念。

那么到底是怎么存储的呢?

就是按字节对齐的方式存储的!即以结构体成员中占内存最多的数据类型所占的字节数为标准，所有的成员在分配内存时都要与这个长度对齐。

以上面这个程序为例，结构体变量data的成员中占内存最多的数据类型是int型，其占4字节的内存空间，那么所有成员在分配内存时都要与4字节的长度对齐。也就是说，虽然char只占1字节，但是为了与4字节的长度对齐，它后面的3字节都会空着。

3.2、示例2

按上面的结论，最大的是int占4个字节，那么按4字节对齐，大小应该是4+4+4=12；

#include <stdio.h>

struct STUDENT
	{
		char a;
		cahr c;
		int b;
	}data;

int main()
{
	printf("a的地址为:%p,b的地址为:%p,c的地址为:%p\n", &data.a, &data.b, &data.c);
	printf("结构体总大小为:%d\n", sizeof(data));
   
   return 0;
}

结果如下图5：

图5

但大小实际上并没有变化，内存分配为下图6所示：

图6

分析：

在分配了a的内存后，c希望和a近邻，并且因为内存对齐a申请了4个字节，在a相邻的位置可以存放，所以c与a共同占用一个4字节内存。

3.3、示例3

首先最长的数据类型占4字节，所以是以4字节对齐。1+1+1+1+4+4=12

#include <stdio.h>

struct STUDENT
	{
		char a;
		char c;
		char d;
		char f;
		char e;
		int b;
	}data;

int main()
{
	printf("a的地址为:%p,b的地址为:%p,c的地址为:%p,d的地址为:%p,f的地址为:%p,e的地址为:%p\n", &data.a, &data.b, &data.c, &data.d, &data.f, &data.e);
	printf("结构体总大小为:%d\n", sizeof(data));
   
   return 0;
}

输出结果如下图7：

图7

即该结构体变量分配内存时如下图8:

图8

分析：

首先最长的数据类型占4字节，所以是以4对齐。a占1字节，b接在a后面占1字节，c接在b后面占1字节，d接在c后面占1字节，此时满4字节了，e再来就要另起一行。f想紧接着e后面分配，但e后面还剩3字节，小于int类型的4字节，所以f另起一行。

3.4、示例4

首先最长的数据类型占4字节，所以是以4字节对齐。4+4+4=12。

#include <stdio.h>

struct STUDENT
	{
		char a;
		int c;
		char b;
	}data;

int main()
{
	printf("a的地址为:%p,b的地址为:%p,c的地址为:%p\n", &data.a, &data.b, &data.c);
	printf("结构体总大小为:%d\n", sizeof(data));
   
   return 0;
}

输出结果如下图9：

图9

内存分配如下图10：

图10

分析：

首先最长的数据类型占4字节，所以是以4对齐。a占1字节，c希望与a近邻，但3字节不足以存放int，故重新再起一行，所以a占4字节。b也希望与a近邻，但a空间不足以存放b，故b也重新起一行占4个字节。

3.5、示例5

首先最长的数据类型占4字节，所以是以4字节对齐。但出现了数组，大小应该怎样计算呢？

#include <stdio.h>

struct STUDENT
{
	char name[3];
	int age;
	char sex;
	char score;
}data;


int main()
{
	printf("%p,%p,%p,%p,%p,%p\n", &data.name[0], &data.name[1], &data.name[2], &data.age, &data.sex, &data.score);
	printf("结构体总大小为:%d\n", sizeof(data));
   
   return 0;
}

输出结果如下图11：