结构体的内存对齐是考研考试和笔试的热门考点之一,在正式介绍结构体的内存对齐之前,我们还思考一下下面的两段代码,大家可以猜测一下这两段代码中的结构体大小是多少?
struct S1
{
char c1;
int i;
char c2;
};
struct S2
{
char c1;
char c2;
int i;
};
int main()
{
printf("%d\n", sizeof(struct S1));
printf("%d\n", sizeof(struct S2));
return 0;
}
如果之前没有对结构体大小的相关了解的话,我想大多数人的答案都是,6, 6。
答错了并没有关系,接下来我就带大家来了解一下,结构体的内存对齐是怎么回事,学完这个之后,以后结构体大小的相关计算,对大家来说就不在话下了。
废话不多说,我们先给出规则:
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。
我们先来介绍一下什么是偏移量。当我们创建好一个结构体变量时,计算机就会在内存中为这个结构体变量分配内存空间,那么偏移量就是指相对于内存的起始位置的大小,比如说偏移量为0,那么就是指结构体变量内存的的起始点,也就是第一个内存中的第一个字节处(如下图)
图片右侧红色的数字就代表了偏移量的大小。
那么根据第一条规则:第一个成员在与结构体变量偏移量为0的地址处。(我们以struct S1为例)
那么C1的大小是一个字节,且在偏于量为0的地址处,所以C1在内存中所占的空间就如下图
接着我们来看第二条规则:其他成员变量要对齐到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
也就是说,除了第一个成员变量,其他的成员变量都要从对齐数的整数倍开始占用内存空间,那么什么是对齐数呢?对于不同的编译器,对齐数可能不同,在VS中对齐数的值默认是8,但是在linux中就没有对齐数,编译器和该成员大小中较小的那个,就是要作为其他成员变量标准的。
i的大小是4个字节,VS默认是8个字节,所以i要在4的整数倍的地址处开始占用空间,所以i在内存中占用的空间如下图:
那么接下来的C2大小也是一个字节,所以C2要从1的倍数处开始占用空间,如下图:
我们可以看到,struct S1在内存中占用的空间在偏移量9的地址处就结束了,此时结构体struct S1的大小为9个字节。那么下图中红色的空间就是被浪费掉的空间了
此时还没有结束,我们再来看规则的第三条: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。
最大对齐数就是所有的成员变量的对齐数中最大那一个,在上述的三个成员变量中
struct S1
{
char c1;
int i;
char c2;
};
对齐数分别是1 4 1,最大为4,所以结构体struct S1的总大小就是4的倍数,而我们得出总大小是9,不是4的倍数,离9最小的4的倍数就是12了,所以得出最终的结论:结构体struct S1的总大小是12
验证:
关于第四条: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。
我们需要用另外一段代码来讲
struct S3
{
int d;
char c;
int i;
};
struct S4
{
char c1;
struct S3 s3;
double d;
};
int main()
{
printf("%d\n", sizeof(struct S3));
return 0;
}
在结构体struct S4中创建了struct S3的结构体变量s3,那么s3就要对齐到s3中三个成员变量中最大的对齐数的整数倍地址处(也就是8)
那么下面用画图的方试对大家展示一下struct S4的内存占用:
大小是24个字节,再根据第三条规则,struct S4中最大对齐数是8,24正好是8的整数倍,所以最终输出结果就是24了
到这里,关于结构体内存对齐的知识点就介绍完了,大家可以多找几道题目来练习一下,只要规则记住,相信这也不是难题啦!
欢迎大家评论留言!