结构体在内存中的对齐规则

作者: poxiao 分类: 算法/数据结构 发布时间: 2018-02-08 13:43

一个结构体变量定义完之后,其在内存中的存储并不等于其所包含元素的宽度之和

1:元素为基本数据类型的结构体

例一:

例一中的结构体变量S1定义之后,经测试,会发现:

sizeof(S1)= 16,sizeof(S1.a) = 1,sizeof(S1.b) = 4, sizeof(S1.c) = 8

 

原则一:结构体中元素是按照定义顺序一个一个放到内存中去的,但并不是紧密排列的。

从结构体存储的首地址开始,每一个元素放置到内存中时,它都会认为内存是以它自己的大小

来划分的,因此元素放置的位置一定会在自己宽度的整数倍上开始(以结构体变量首地址为0计算)

 

比如此例,首先系统会将字符型变量a存入第0个字节(相对地址,指内存开辟的首地址);

然后在存放整形变量b时,会以4个字节为单位进行存储,由于第一个四字节模块已有数据,

因此它会存入第二个四字节模块,也就是存入到4~8字节;

同理,存放双精度实型变量c时,由于其宽度为8,其存放时会以8个字节为单位存储,

也就是会找到第一个空的且是8的整数倍的位置开始存储。

此例中,由于头一个8字节模块已被占用,所以将c存入第二个8字节模块。整体存储示意图如图1所示:

 

考虑另外一个实例,例二:

将double型的变量和int型的变量互换位置。测试程序不变,测试结果却截然不同,sizeof(S2)=24,

不同于我们按照原则一计算出的8+8+4=20,这就引出了我们的第二原则。

 

原则二:在经过第一原则分析后,检查计算出的存储单元是否为所有元素中最宽的元素的长度的整数倍,

是,则结束;若不是,则补齐为它的整数倍。

 

例二中,我们分析完后的存储长度为20字节,不是最宽元素长度8的整数倍,因此将它补齐到8的整数倍,

也就是24。这样就没问题了。其存储示意图如图2所示。

 

 

掌握了这两个原则,就能够分析所有数据存储对齐问题了。再来看几个例子,应用以上两个原则来判断。

例三:

首先根据原则一来分析。按照定义的顺序,先存储double型的a,存储在第0~7个字节;其次是char型的b,存储在第8个字节;接下来是int型的c,顺序检查后发现前面三个四字节模块都被占用,因此存储在第4个四字节模块,也就是第12~15字节。按照第一原则分析得到16个字节,16正好是最宽元素a的宽度8的整数倍,因此结构体变量S3所占存储空间就是16个字节。

 

2:元素包含指针类型的的结构体

原则:只要记住指针本身所占的存储空间是4个字节就行了,而不必看它是指向什么类型的指针

经测试,可知sizeof(X)、sizeof(Y)和sizeof(Z)的值都为4。

 

3:元素包含其他结构体类型的的结构体

经测试,可知sizeof(X)=16,sizeof(Y)=24。

即计算Y的存储长度时,在存放第二个元素b时的初始位置是在double型的长度8的整数倍处,而非16的整数倍处,

即系统为b所分配的存储空间是第8~23个字节。

如果将Y的两个元素char型的a和X型的b调换定义顺序,则系统为b分配的存储位置是第0~15个字节,

为a分配的是第16个字节,加起来一共17个字节,不是最长基本类型double所占宽度8的整数倍,

因此要补齐到8的整数倍,即24。测试后可得sizeof(Y)的值为24。

 

由于结构体所占空间与其内部元素的类型有关,而且与不同类型元素的排列有关,因此在定义结构体时,

在元素类型及数量确定之后,我们还应该注意一下其内部元素的定义顺序。

 

4.以上规则比较简单主要是便于理解,下面是详细规则:

基本类型指的是像char、int、float、double这样的内置数据类型

  • 结构体总大小大于等于所有成员的大小之和。
  • 结构体的总大小必须可以整除最宽基本成员。
  • 结构体成员的地址-结构体的首地址 = 偏移量,必须是当前成员整数倍
  • 结构体尾部不足的部分,就会被填充。 整数包括正整数、0、负整数, 吧
  • 当只用一个成员时不存在对齐。
  • 结构体中第一个成员的偏移量是0,以后每个成员的位置是x的倍数

x = min(#pragma pack(), 该成员自身的长度)

  • 成员对齐后,结构体自身也要对齐,按照y的倍数进行
                         y = min(#pragma pack(), 最大成员尺寸)。
其中#pragma pack() 代表编译器默认以多少字节进行对齐,通常情况下是8B。

 

数组和字符串都不属于最宽基本成员。要不然你弄个数组里边包含几十个元素,那么拿他对齐那得有多大的内存呀。

 

参考资料:

http://blog.csdn.net/vonzhoufz/article/details/32131801

https://www.cnblogs.com/sjxbg/p/5691231.html

https://www.cnblogs.com/zhoujiayi/p/7872262.html

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