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sizeof(结构体/位域/联合)及内存对齐

 
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sizeof(结构体/位域/联合)及内存对齐(1)

struct{

long a;

char b;

short c;

char d;

}y;

y里面:我写了这么一个代码:

struct y temp;

printf("%d/n%d/n%d/n%d/n",&temp.a,&temp.b,&temp.c,&temp.d);

结果是:

1245044

1245048

1245050

1245052

这个上面的是地址,是y里面的a,b ,c d的里面的地址,我想你用的是VC,那么它是按照四个字节来对齐的,a占四个地址,b占一个,c两个,d一个,struct{

long a;//1245044

char b;//1245048

short c;//1245050

char d;//1245052

}y;

考虑到字节对齐的情况,有看我上面给你的答案,就很容易理解了

a有四个,b占一个,但是c是从1245050开始的,也就是说空了以个地址为:1245049这里是补在b后面的,不足的就用0来补了,bc两个在一起占了四个字节,那么前面的abc加起来就是8个了,那么d是一个字节,应为是四个字节对齐,不足要补齐四个字节,那么d占了四个字节

所以一共才是 12个字节

struct{

long a;//4

short b;//2

char d;//1

int c;//4

}yy;

考虑到对齐的情况:

4+4+4=12 b占了两个,d占了一个,但是不足的应该补齐,所以bd一共占了四个

struct{

long a;

short b;

int c;

char d;

}yyy;

a=4;b=2;c =4 d = 1

这里注意了,a 占四个,b占两个,四个字节对齐要补两个,c占四个,d占一个,那么不足要补齐三个 所以是:

4+4+4+4=16

struct{

char a;

short b;

long c;

char d;

char e;

}yyyy;

a后面补了一个,和b一共占有4个,c四个,de一共占了四个

4+4+4=12

struct{

long a;

short b;

long c;

char d;

char e;

}yyyyy;

a=4 b占了两个,那么要补两个,c占了四个,de占了四个

4+4+4+4=16

你要看它后面的那个和前面的那个的和是不是大于4的,所以为什么要补齐,你看看我下面给你的资料,除了struct,还有union的建议:如果你在开始的是这么定义一下:

#pragma pack(push)

#pragma pack(1)//注意这里括号里是1

struct{

long a;

char b;

short c;

char d;

}y;

#pragma pack(pop)

那么现在大小是什么呢?答案是:4+1+2+1=8它是按一个字节对齐的。

为什么?你看下面的资料吧

以下是资料:

typedef union //定义共用体

{

long i; //long 四个字节

int k[5]; //int 四个字节 4*5 = 20

char c; //char 一个字节:

}DATE;

上面的结构体是联合:联合的结构体取中间最大的就可以了,因为他们是公用的,所以找到最大的空间,那么小的也能装在大的里面,如果你取小的,那么大的就不能装在小的里面了;

分析一下:上面最大的是:20

struct date //定义结构体

{

int cat; //int 四个字节

DATE cow; //DATE 一个联合体:20个字节

double dog; //double 8个字节

}too;

//上面的结构体不是联合的,所以:就应该是4+20+8 = 32

因此答案就是:20+32 =52

我个人觉得如果你要对结构体了解的话,这个事远远不够的

比如说:

struct date //定义结构体

{

int cat; //int 四个字节

DATE cow; //DATE 一个联合体:20个字节

double dog; //double 8个字节

char a;

}too;

如果考虑对齐的话:

我在上面的结构体里加了一个char a,那么现在结构体多大呢 你说是535456,这样其实都是对的?为什么呢?

因为这个要取决于你的机器是按什么对齐的。

看下面的一段代码:

#pragma pack(push)

#pragma pack(n)

struct date //定义结构体

{

int cat; //int 四个字节

DATE cow; //DATE 一个联合体:20个字节

double dog; //double 8个字节

char a;

}too;

#pragma pack(pop)

对于这个结构体:对齐方式就取决于#pragma pack(n)n的取值了,如果n=4,那么上面的结构体就是:56,如果n = 1,那么就是53n=2那么就是54,切忌这里的N只能为:12 4 8

不过现在的计算机的内存都很大了,不需要节省内存,一般都是四个字节对齐的。默认的是四个字节,但是在嵌入式领域里,一般都是按一个字节对齐的。

下面为了加深你的了解:给你点资料。呵呵

DATE maxx;

#pragma pack(pop)

int main()

{

printf("%d",sizeof(struct date)+sizeof(maxx)); /*相当于struct date这个结构体所占空间大小加上DATE max这个结构体所占空间的大小。*/

return 0;

}

这是初学者问得最多的一个问题,所以这里有必要多费点笔墨。让我们先看一个*

结构*体:

struct S1

{

char c;

int i;

};

sizeof(s1)等于多少?聪明的你开始思考了,char1个字节,int4个字

节,那么加起来就应该是5。是这样吗?你在你机器上试过了吗?也许你是对的,但很可能你是错的!VC6中按默认设置得到的结果为8

Why?为什么受伤的总是我?

sizeof(结构体/位域/联合)及内存对齐(2)

请不要沮丧,我们来好好琢磨一下sizeof的定义——sizeof的结果等于对象

或者类型所占的内存字节数,好吧,那就让我们来看看S1的内存分配情况:

S1 s1 = { a , 0xFFFFFFFF };

定义上面的变量后,加上断点,运行程序,观察s1所在的内存,你发现了什么?

以我的VC6.0为例,s1的地址为0x0012FF78,其数据内容如下:

0012FF78: 61 CC CC CC FF FF FF FF

发现了什么?怎么中间夹杂了3个字节的CC?看看MSDN上的说明:

When applied to a structure type or variable, sizeof returns the

actual size,which may include padding bytes inserted for alignment.

原来如此,这就是传说中的字节对齐啊!一个重要的话题出现了。

为什么需要字节对齐?计算机组成原理教导我们这样有助于加快计算机的取数速

度,否则就得多花指令周期了。为此,编译器默认会对结构体进行处理(*实际*上其它地

方的数据变量也是如此),让宽度为2的基本数据类型(short等)都位于能被2整除的地址上,让宽度为4的基本数据类型(int等)都位于能被4整除的地址上,以此类推。这样,两个数中间就可能需要加入填充字节,所以整个结构体的sizeof值就增长了。

让我们交换一下S1charint的位置:

struct S2

{

int i;

char c;

};

看看sizeof(S2)的结果为多少,怎么还是8?再看看内存,原来成员c后面仍然有

3个填充字节,这又是为什么啊?别着急,下面总结规律。

字节对齐的细节和编译器实现相关,但一般而言,满足三个准则:

1) 结构体变量的首地址能够被其最宽基本类型成员的大小所整除;

2) 结构体每个成员相对于结构体首地址的偏移量(offset)都是成员大小的

整数倍,如有需要编译器会在成员之间加上填充字节(internal adding);

3) 结构体的总大小为结构体最宽基本类型成员大小的整数倍,如有需要编译

器会在最末一个成员之后加上填充字节(trailing padding)。

对于上面的准则,有几点需要说明:

1) 前面不是说结构体成员的地址是其大小的整数倍,怎么又说到偏移量了

呢?因为有了第1点存在,所以我们就可以只考虑成员的偏移量,这样思考起来简单。想想为什么。结构体某个成员相对于结构体首地址的偏移量可以通过宏offsetof()来获得,

这个宏也在stddef.h中定义,如下:

#define offsetof(s,m) (size_t)&(((s *)0)->m)

例如,想要获得S2c的偏移量,方法为

size_t pos = offsetof(S2, c);// pos等于4

2) 基本类型是指前面提到的像charshortintfloatdouble这样的内置数据

类型,这里所说的“数据宽度”就是指其sizeof的大小。由于结构体的成员可以是复合

类型,比如另外一个结构体,所以在寻找最宽基本类型成员时,应当包括复合类型成员的

子成员,而不是把复合成员看成是一个整体。但在确定复合类型成员的偏移位置时则是将

复合类型作为整体看待。这里叙述起来有点拗口,思考起来也有点挠头,还是让我们看看例子吧(具体数值仍以VC6为例,以后不再说明):

struct S3

{

char c1;

S1 s;

char c2

};

S1的最宽简单成员的类型为intS3在考虑最宽简单类型成员时是将S1“打散”看

的,所以S3的最宽简单类型为int,这样,通过S3定义的变量,其存储空间首地址需要被4整除,整个sizeof(S3)的值也应该被4整除。

c1的偏移量为0s的偏移量呢?这时s是一个整体,它作为结构体变量也满足前

面三个准则,所以其大小为8,偏移量为4c1s之间便需要3个填充字节,而c2s之间就不需要了,所以c2的偏移量为12,算上c2的大小为1313是不能被4整除的,这样末尾还得补上3个填充字节。最后得到sizeof(S3)的值为16

通过上面的叙述,我们可以得到一个公式:

结构体的大小等于最后一个成员的偏移量加上其大小再加上末尾的填充字节数

目,即:

sizeof( struct ) = offsetof( last item ) + sizeof( last item ) +sizeof( trailing padding )

到这里,朋友们应该对结构体的sizeof有了一个全新的认识,但不要高兴得

太早,有一个影响sizeof的重要参量还未被提及,那便是编译器的pack指令。它是用来调整结构体对齐方式的,不同编译器名称和用法略有不同,VC6中通过#pragma pack实现,也可以直接修改/Zp编译开关。#pragma pack的基本用法为:#pragma pack( n )n为字节对齐数,其取值为124816,默认是8,如果这个值比结构体成员的sizeof值小,那么该成员的偏移量应该以此值为准,即是说,结构体成员的偏移量应该取二者的最小值,公式如下:

offsetof( item ) = min( n, sizeof( item ) ) [Not very understand here, Commented by Kevin]

再看示例:

#pragma pack(push) // 将当前pack设置压栈保存

#pragma pack(2)// 必须在结构体定义之前使用

struct S1

{

char c;

int i;

};

struct S3

{

char c1;

S1 s;

char c2

};

#pragma pack(pop) // 恢复先前的pack设置计算sizeof(S1)时,min(2, sizeof(i))的值为2,所以i的偏移量为2,加上sizeof(i)等于6,能够被2整除,所以整个S1的大小为6

同样,对于sizeof(S3)s的偏移量为2c2的偏移量为8,加上sizeof(c2)等于9,不能被2整除,添加一个填充字节,所以sizeof(S3)等于10

现在,朋友们可以轻松的出一口气了,还有一点要注意,“空结构体”(不含数据成员)的大小不为0,而是1试想一个“不占空间”的变量如何被取地址、两个不同的“空结构体”变量又如何得以区分呢?

于是,“空结构体”变量也得被存储,这样编译器也就只能为其分配一个字节的空间用于

占位了。

如下:

struct S5 { };

sizeof( S5 ); // 结果为1

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