C语言学习（三十一）---结构体、联合体的在内存中的存储

news2024/11/15 6:56:44

在上一篇文章中，我们学习了枚举、位段和联合体的相关内容，在文章的末尾，我们还差了关于联合体的存储问题的内容，今天我们将学习该部分的内容，好了，话不多说，开整！！！

结构体的存储方式

结构体在内存中是如何存储的呢，是按里面的变量内容，在内存中的连续地址中存储还是如何呢，我们先看以下代码：

#include<stdio.h>
struct test
{
    int a;
    char b;
    char c;
};
int main()
{
    struct test tes;
    printf("%d\n",sizeof(tes));
    return 0;
}

大家猜猜结果是多少呢？是不是6呢，又或是其他，我们编译查看结果：
在这里插入图片描述
8是怎么来的呢，我们下面进行讲解。

对齐原则

实际上，结构体在内存中的对齐方式遵循以下的规则：

1、第一个成员在与结构体变量偏移量为0的地址处
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。
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，

对齐数

在上述的第二条原则中，我们提到了对齐数的概念，所谓的的对齐数：

对齐数=编译器默认的一个对齐数与该成员大小的较小值

也就是在不同的编译器中，对齐数是不太一样的，以vscode为例，其默认对齐数为8；

在了解了对齐原则和对齐数之后，我们再分析上述代码的结果8是如何得到的，分析过程如下图，图中标注较为清晰，不再赘述：
在这里插入图片描述
上述代码是在结构体中先定义了1个整型，然后定义两个字符变量，如果先定义两个字符变量再定义整型变量结果会不会有区别呢，代码如下：

#include<stdio.h>
struct test
{
    char b;
    char c; 
    int a;
};
int main()
{
    struct test tes;
    printf("%d\n",sizeof(tes));
    return 0;
}

编译结果如下：
在这里插入图片描述
可以发现结果仍为8，不在此处进行分析，我们分析最后一种情况：定义一个字符变量、然后定义整型，然后再定义字符变量，代码如下：

#include<stdio.h>
struct test
{
    char b;
    char c; 
    int a;
};
int main()
{
    struct test tes;
    printf("%d\n",sizeof(tes));
    return 0;
}

我们先分析，然后查看结果，分析过程如下：
在这里插入图片描述
我们查看结果，发现确实为12个字节

在这里插入图片描述
通过上述两道题目的分析，我想你一定掌握了结构体在内存中的存放方式，此外我们也发现一个问题：

定义相同内容的结构体，定义的顺序不同，占用的空间大小也不同。

因此在定义结构体时，如何定义最好呢，我们推荐：

变量大小中，成员较小的放在前面定义，大小中较大的放在后面定义

因为这样可以节省内存空间。

联合体的大小

昨天没有讲解联合体的大小是因为该部分内容涉及到对齐数的知识，今天可以讲解了，联合体的大小遵循以下的原则：

1、联合体的大小至少为整个内容中最大的变量的大小；
2、当最大成员大小不是最大对齐数的整数倍的时候，就要对齐到最大对齐数的整数倍。

我们使用以下代码查看联合体的大小：

#include<stdio.h>
union test
{
    int a ;
    char b;
    char c[20];
};
int main()
{
    union test tes;
    printf("%d\n",sizeof(tes));
    return 0;
}

联合体中，对齐数分别为4 1 1 ，因此最大对齐数为4，联合体中的最大大小为20，也是最大对齐数4的倍数，因此结果应该为20，
查看结果：
在这里插入图片描述
可以看到大小为20个字节，并不是 4+1+20 = 25字节，我们将c的改为3字节，再查看结果

这个就交给大家自行分析喽。