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C語言-----結構體記憶體對齊

結構體記憶體對齊規則:

  1. 第一個成員在結構體變數偏移量為0 的地址處。
  2. 其他成員變數要對齊到某個數字(對齊數)的整數倍的地址處。對齊數 = 編譯器預設的一個對齊數與該成員大小中的較小值。vs中預設值是8 Linux預設值為4.
  3. 結構體總大小為最大對齊數的整數倍。(每個成員變數都有自己的對齊數)
  4. 如果巢狀結構體,巢狀的結構體對齊到自己的最大對齊數的整數倍處,結構體的整體大小就是所有最大對齊數(包含巢狀結構體的對齊數)的整數倍。

記憶體對齊規則應用

接下來我們看一下具體怎麼應用這幾條規則??

struct S1
{
    char c1;
    char c2;
    int
i; }; printf("%d\n", sizeof(struct S1));

結果是8,我們來分析一下為什麼結果是 8??
c1是char型,佔一個位元組,第一個成員即 c1 在結構體變數偏移量為0 的地址處。
c2是char型,佔一個位元組,要對齊到對齊數的整數倍的位置。對齊數 = 編譯器預設的一個對齊數與該成員大小中的較小值,vs中預設值是8,取較小值1,char型別的對齊數是1,所以對齊到1 的整數倍,那就是偏移量為1開始的地址空間。
i是int型別,佔四個位元組,要對齊到對齊數的整數倍的位置。int型別的對齊數就是 4,所以對齊到4 的整數倍。
我們來看一下記憶體分佈圖:
這裡寫圖片描述


那我們再來看一下這個輸出結果是多少呢

struct S2
{
    char c1;
    int i;
    char c2;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S2));

結果是12,來看一下過程?
c1是char型,佔一個位元組,對應到結構體變數偏移量為0 的地址處。
i是int型,佔四個位元組,對齊數就是4,對齊到4的整數倍位置處,即偏移量為4開始的地址空間。
c2是char型,佔一個位元組,對齊到1 的整數倍,那就是下一個地址空間,對齊到偏移量為8的地址空間。
結構體總大小為最大對齊數的整數倍,所以為對齊數4的整數倍,現在已經用了9個位元組的空間,那麼總大小就是12個位元組空間。所以輸出結果是12。

看一下記憶體分佈圖:
這裡寫圖片描述
結構體也是可以巢狀使用的,那如果巢狀的話,大小是怎麼判斷的呢?

struct S3
{
    double d;
    char c;
    int i;
};
struct S4
{
    char c1;
    struct S3 s3;
    double d;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S4));

結果是32,我們來看一下分析:
容易得出struct S3佔16個位元組。請讀者自行分析,如果不會的話可以問我哦。
那我們來看一下struct S4的大小,struct S4中有三個成員變數,第一個char型,佔一個位元組,對齊到偏移量為0的地址處。第二個成員是結構體巢狀使用,結構體S3變數s3,剛才已經得出佔16個位元組,所以第二個成員對齊數是16,又因為對齊數是編譯器預設數與成員對齊數中的較小值,vs預設對齊數是8,取較小值8,所以對齊到偏移量為8的地址空間。處。第三個成員是double型,佔8個位元組,對應到8的整數倍即偏移量24的地址處。
結構體總大小是最大對齊數16的整數倍,所以是32。
來看一下記憶體分佈圖:
這裡寫圖片描述

為什麼存在記憶體對齊呢?

  1. 平臺原因(移植原因):
    不是所有的硬體平臺都能訪問任意地址的任意資料的;某些平臺只能在某些地址處取某些特定型別的資料

  2. 效能原因:
    資料結構尤其是棧應該儘可能在自然邊界上對齊。原因在於,為了訪問未對齊的記憶體,處理器需要做兩次訪問記憶體;而對齊的記憶體訪問僅需要一次訪問。

    缺點:

    無可厚非:這必然會存在效率問題,這是一種以空間換時間的做法,但這種做法是值得的

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