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C语言结构体大小 你算对了吗(c语言结构体的大小)

gowuye 2024-04-25 04:40 4 浏览 0 评论

C 语言中 struct 声明创建一个数据类型(结构体),能将不同类型的对象聚合到一个对象中,用名字来引用结构体的各个组成部分。结构体的所有组成部分都存放在一段连续的内存中。

如果创建一个结构体,其实际占用的内存空间大小是多少呢?示例代码如下:

struct S
{
  int i;
  char c;
  int j;
};

要正确计算结构体大小,首先需要了解数据对齐的原理。

数据对齐

许多计算机系统对基本的数据类型的合法地址做了一些限制。要求某种类型对象的地址必须是某个值(通常为2、4、8)的倍数。这种对齐限制简化了形成处理器和内存系统之间接口的硬件设计。

对齐原则:任何占用 K 字节空间大小的基本对象,其地址必须是 K 的倍数。

那么, char 类型数据存储地址 必须是 1 的倍数。short 类型数据存储的地址为 2 的倍数,以此类推。

确保每种数据类型都是按照指定方式来组织和分配,即每种类型的数据都满足它的对齐限制,就可以保证实施对齐。

对于包含结构体的代码,编译器可能需要在字段的分配中插入间隙,以保证每个结构成员都满足它的对齐要求。而结构体本身对它的起始地址也有一些对齐要求。

由此,编译器可能需要在结构体成员内存的分配中插入间隙,保证每个结构成员都满足它的对齐要求。或者需要在结构体的末尾加入填充,从而使得结构体数组中的每个元素都会满足它的对齐要求。

结构体大小计算

情形一

结构体中间插入间隙,上述代码:

struct S
{
  int i;
  char c;
  int j;
};

如果编译器按照最小 9 字节分配,是不可能满足成员 i 和 j 的 4 字节对齐要求的。此时,编译器会在成员 c 和 j 之间插入一个 3 字节的间隙。结果 j 的偏移量为 8,而整个结构体的大小为 12。

情形二

另外一个示例如下,其大小是多少呢?

struct S2
{
  int i;
  int j;
  char c;
};

要正确计算这个结构体的大小,需要这样考虑:创建这个结构体的数组,每个数组元素都会满足它的对齐要求。

如果给这个结构体分配 9 个字节。考虑结构体数组 struct s2 a[4],就不能满足数组 a 的每个元素的对齐要求。假设数组的起始地址为 x,则每个元素的地址分别为 x、x+9、x+18、x+27,有三个元素不满足对齐原则。

由此,编译器会为结构 s2 分配 12 个字节,最后三个字节是补充的空间(浪费的空间),即在结构体的末尾增加填充

情形三

结构体成员是另外一个结构体时,示例如下:

struct sta
{
  int i;
  int j;
  char c;
};

struct stb
{
  int i;
  char c;
  int j;
  char cc;
  struct sta tmp;
};

结构体 srb 的大小是多少呢?

要计算这种类型的结构体,只需要把其中的结构体成员当成一个整体即可。

先忽略 成员 tmp,结构体 stb 的大小为 16 字节(中间和末尾均需要填充间隙);结构体 sta 的大小为 12 字节。从而可以计算得出,结构体 stb 的实际大小为 16 + 12 = 28 字节。

情形四

使用编译指令,示例代码如下:

#pragma pack(1)
struct S3
{
  int i;
  int j;
  char c;
}
#pragma pack()

注意编译指令 pragma pack 的主要作用就是改变编译器的内存对齐方式。在不使用这条指令的情况下,编译器采取默认方式对齐。

此处的两条编译预处理指令,使得在这之间定义的结构体按照 1 字节方式对齐。在本例中,使用这两条指令的效果是,编译器不会在结构体尾部填充空间了

这个结构体的大小为 9 字节。

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