C语言之结构体内存的对齐
C语言之结构体内存的对齐
大纲:
零.引例
一.结构体内存对齐规则
二.怎样计算结构体的大小
三.设计结构体时要注意的方面
四.为什么存在内存对齐
五.修改默认对齐数
在前面的章节中,我们谈到了C语言中整数以及浮点数的储存
今天,我们来谈一谈一些关于结构体内存的知识。
我们先来看一个例子:
struct S1
{
char c1;
int i;
char c2;
};
大家来猜猜这个结构体S1的内存是多少?
相信会有人给出 6 的结果,他们或许是这样想的,两个 char 类型分别为一个字节,一个 int 类型又为4个字节,加起来刚好为6个
但是
结果真是如此吗?
我们来看看运行结果:
为什么呢,接下来我们就引出正文。
一.结构体内存对齐规则
首先,正如引例所示,结构体的内存并不是简简单单的将结构体各个成员的大小相加。
结构体的大小往往遵循着结构体的对齐规则:
- 第一个成员在与结构体变量偏移量为0的地址处。
- 其他成员变量要对齐到某个数字(对齐数)的整数倍的地址处。
- 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。
- 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。
这里要注意的一点就是要解释一下这个对齐数的概念
对齐数:编译器默认的一个对齐数 与 该结构体变量成员自身大小的较小值。
注:
不是所有的编译器都有自己默认的对齐数。
在VS下其默认的对齐数为8
在linux下的默认值为4
二.怎样计算结构体的大小
在讲计算之前,我们继续来看一看上面的那个例子:
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS #include<stdio.h>
#include<stddef.h> struct S1
{
char c1;
int i;
char c2;
}; int main()
{
printf("该结构体成员 c1 开始的位置为第 %d 个字节\n", offsetof(struct S1, c1));
printf("该结构体成员 i 开始的位置为第 %d 个字节\n", offsetof(struct S1, i));
printf("该结构体成员 c2 开始的位置为第 %d 个字节\n", offsetof(struct S1, c2));
printf("该结构体所占的内存空间为 %d 个字节\n", sizeof(struct S1));
return 0;
}
注:
宏 offsetof() 可以计算出结构体各成员所相对开始位置的一个偏移量。
偏移量 : 我们可以理解为把结构体变量第一个成员所储存的第一个位置置于0,以此递增
我们来看看结果:
这是为什么呢?
我们来看看上面所提到的结构体内存对齐规则:
然后我们来看示意图:
此时,关于结构体的大小,我们应该清楚了不少,接下来,我们继续来看几道例题:
struct S2
{
char c1;
char c2;
int i;
};
int main()
{
printf("%d\n", sizeof(struct S2));
return 0;
}
我们看到,S1与S2的区别仅仅只是调换了一下各成员间的顺序,那它所占的内存还是刚才的值吗:
运行结果:
我们继续来分析一下:
趁此机会,我们再来巩固一下:
struct S3
{
double d;
char c;
int i;
}; int main()
{
printf("%d\n", sizeof(struct S3));
return 0;
}
它的结果会是多少呢?
不知道大家作对了吗?
解析:
首先 double 类型占8个字节
char 又展览接下来的一个
而 int 的对齐数为 4,所以空3个字节从12开始
而这个结构体的最大对齐数为8
所以该结构体占 2*8 = 16个字节
最后,我们再来看一道嵌套结构体的例题:
struct S3
{
double d;
char c;
int i;
}; struct S4
{
char c1;
struct S3 s3;
double d;
}; int main()
{
printf("%d\n", sizeof(struct S4));
return 0;
}
它的结果又为多少呢?
解析:
我们先来看看规则 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
S3的最大对齐数为 8,它的大小为 16 个字节
首先,毋庸置疑的是 char 先放到首位
接下来因为S3的对齐数为 8,所以S3放在了以位置8开始的16个字节
最后是double,对齐数为8,所以放在了24的位置
最后,该结构体的大小为 4*8 = 32 个字节
在进行结构体所占大小的计算中,我们又可以得到一个基本编程常识:
三.设计结构体时要注意的方面
在我们进行结构体的设计中,我们可以把一些所占空间小的,来凑到一起,提高资源的利用率。
正如上文所提到的例1与例2,结构体成员完全相同,但顺序不同,两个结构体的大小也截然不同
//例1
struct S1
{
char c1;
int i;
char c2;
}; //例2
struct S2
{
char c1;
char c2;
int i;
}; int main()
{
printf("%d\n", sizeof(struct S1));//12
printf("%d\n", sizeof(struct S2));//8
return 0;
}
四.为什么存在内存对齐
对于这个原因,目前话没有一种完全正确的答案,但是:
大部分的参考资料都是如是说的:
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。
对于原因而我们来看一个示意图:
五.修改默认对齐数
我们通常使用如下的预处理命令来修改编译器的默认对齐数:
#pragma pack()
如果()里面不加数字,则默认为编译器的默认对齐数
我们修改的时候,只需在()里加一个数字就行
取消的时候再添加一次 #pragma pack() 即可
注:
再()里添加的数字,我们通常加的都是2的多少次方
下面来举一个实例:
#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8
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
int main()
{
//输出的结果是什么?
printf("%d\n", sizeof(struct S1));//12
printf("%d\n", sizeof(struct S2));//6
return 0;
}
由此可见,我们也可以通过修改默认对齐数来节约 结构体使用的空间。
关于结构体内存的讲解便到此为止。
笔者水平有限,若有错误之处,还望多多指正。
若有想回忆 C语言中整数以及浮点数是怎样储存的读者,可以参见 :C语言之数据在内存中的存储
C语言之结构体内存的对齐的更多相关文章
- C语言中结构体内存存储方式
C语言中结构体内存存储方式 结构体的默认存储方式采用以最大字节元素字节数对其方式进行对齐,例如一个结构体中定义有char.int类型元素,则结构体存储空间按照int类型占用字节,如果还有double类 ...
- C语言中结构体内存对齐
先写一个小程序: #include<stdio.h> struct student { int a; char k; short m; }; int main() { st ...
- 【APUE】Chapter17 Advanced IPC & sign extension & 结构体内存对齐
17.1 Introduction 这一章主要讲了UNIX Domain Sockets这样的进程间通讯方式,并列举了具体的几个例子. 17.2 UNIX Domain Sockets 这是一种特殊s ...
- 关于结构体内存对齐方式的总结(#pragma pack()和alignas())
最近闲来无事,翻阅msdn,在预编译指令中,翻阅到#pragma pack这个预处理指令,这个预处理指令为结构体内存对齐指令,偶然发现还有另外的内存对齐指令aligns(C++11),__declsp ...
- C语言结构体内存分配详情
#include <stdio.h> int main() { /*************************************************** * * 结构体内存 ...
- C++ struct结构体内存对齐
•小试牛刀 我们自定义两个结构体 A 和 B: struct A { char c1; char c2; int i; double d; }; struct B { char c1; int i; ...
- struct结构体内存大小
一. 基本原则 1. struct中成员变量的声明顺序,与成员变量对应的内存顺序是一致的: 2. struct本身的起始存储地址必须是成员变量中最长的数据类型的整倍数,注意是最长的数据类型,而不是最长 ...
- go语言结构体内存对齐
cpu要想从内存读取数据,需要通过地址总线,把地址传输给内存,内存准备好数据,输出到数据总线,交给cpu,如果地址总线只有8根,那这个地址就只有8位可以表示[0,255]256个地址,因为表示不了更多 ...
- C语言-结构体内存对齐
C语言结构体对齐也是老生常谈的话题了.基本上是面试题的必考题.内容虽然很基础,但一不小心就会弄错.写出一个struct,然后sizeof,你会不会经常对结果感到奇怪?sizeof的结果往往都比你声明的 ...
随机推荐
- Python——requests模块
一.安装模块 pip install requests 二.引用 import requests 三.get方法 #GET访问页面 r = requests.get(url) print(r.text ...
- codeforces 1037E-Trips 【构造】
题目:戳这里 题意:n个点,每天早上会在这n个点中加一条边,每天晚上最大的子图满足子图中每个点都有k条或以上的边. 解题思路:看了官方题解,先把所有的点都连上,再从最后一天往前减边,用set维护最大的 ...
- 一个操作系统的实现sudo mount -o loop pm.img /mnt/floppy mount point /mnt/floppy does not exist losetup device is busy
部分参考:https://blog.csdn.net/u012323667/article/details/79266623 一. sudo mount -o loop pm.img /mnt/flo ...
- codeforces 10C Digital Root(非原创)
Not long ago Billy came across such a problem, where there were given three natural numbers A, B and ...
- C++中关于输入cin的一些总结
(1)cin 在理解cin功能时,不得不提标准输入缓冲区.当我们从键盘输入字符串的时候需要敲一下回车键才能够将这个字符串送入到缓冲区中,那么敲入的这个回车键(\r)会被转换为一个换行符\n,这个换行符 ...
- Ubuntu-16.04下Docker通过阿里云镜像安装(apt-get)
由于通过官方路径安装docker时总是连接不上,所以从网上找了半天,通过阿里云镜像安装docker,我的Linux是ubuntu-16.04 一.配置源里的阿里云镜像仓库 sudo vim /etc/ ...
- 浅谈WEB前端规范化标准之ESlint
规范化标准 软件开发需要多人开发,不同的开发者具有不同的编码习惯和喜好,不同的喜好增加项目的维护成本,所以需要明确统一的标准,决定 了项目的可维护性,人为的约定不可靠,所以需要专门的工具进行约束,并且 ...
- 蓝桥杯——试题 算法训练 Sereja and Squares
Java 代码 ```` import java.util.Scanner; public class Main { private static long num = 0; private stat ...
- CSS 弹性盒子模型
CSS 弹性盒子模型 https://www.w3.org/TR/2016/CR-css-flexbox-1-20160526/ CSS Flexible Box Layout Module Leve ...
- npm & app-node-env
npm & app-node-env $ npm i -g app-node-env # OR $ yarn global add app-node-env demo $ ane env=ap ...