由于要想知道结构体的大小,了解结构体是如何存储在内存中的
我们需要先了解一个知识点:
结构体内存对齐
1. 第一个成员在与结构体变量偏移量为0的地址处
(偏移量是某个字节相较于起始存储空间的相差字节数
例如第一个字节的偏移量是0,第二个字节的偏移量是1,以此类推)
2. 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,对齐数 = 编译器默认的一 个对齐数与该成员大小的较小值(VS中默认的值为8)
3. 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
4. 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
下面画图来解释:
struct Stu
{
int a;
char c;
};
对于上面而言
int类型占据4个字节的空间,char类型占据1个字节的空间
由于结构体的第一个成员永远放在0偏移处
所以从第一个字节开始(0偏移处)往后4个字节的空间即为int a结构体成员变量的空间(绿色)
由于从第二个成员开始,以后每个成员都要对齐到某个对齐数的整数倍处
对于char c而言,他的大小为1,默认对齐数为8,所以只需要对齐到1的整数倍处即可
第5个字节(4偏移处)即为char c结构体成员变量的空间(蓝色)
由于当所有变量存入后的大小并非结构体的大小,结构体的大小必须是所有成员对齐数中最大对齐数的整数倍
此时占用了5个字节,int a的对齐数为4,char c的对齐数为1
所以需要浪费空间对齐到 4 的整数倍处(棕色)
结构体s1使用了8个字节的空间
为了看到某个成员的偏移量,我们可以使用头文件stddef里的宏offsetof来观察
int offsetof(type, member)
type为结构体类型,member为成员,返回一个整型值
再来一个例子
struct Stu
{
char c1;
char c2;
int i;
};
对于这个结构体而言,char占据一个字节,int占据四个字节
根据规则存放即为上图所示
为什么存在内存对齐,大部份资料是这样解释的:
1. 平台原因(移植原因): 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
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
总结:结构体的内存对齐是拿空间来换取时间的做法
所以我们声明结构体为了尽可能地节省空间,应该做到:
让占用空间小的成员尽量集中在一起
修改默认对齐数
我们也可以通过#pragma这个指令来修改默认对齐数
#include <stdio.h>
#pragma pack(8)//设置默认对齐数为8
struct S1
{
char c1;
int i;
char c2;
};
#pragma pack()//取消设置的默认对齐数,还原为默认
#pragma pack(1)//设置默认对齐数为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