c 结构体内存对齐详解

作者: 博客园-原创精华区  更新时间:2021-04-13 20:00:00  原文链接


0x00简介

首先要知道结构体的对齐规制

1.第一个成员在结构体变量偏移量为0的地址处

2.其他成员变量对齐到某个数字的整数倍的地址处

对齐数=编辑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

gcc 没有默认就是累加

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,结构体的整数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

0x01结构体

如下代码

#include <string.h>
#include <stdio.h>

struct s1
{
    char c1;
    int a;
    char c2;

};

struct s2
{
    char c1;
    char c2;
    int a;

};


int  main()
{

    struct s1 s1 = { 0 };
    printf("%d", sizeof(s1));
    struct s2 s2 = { 0 };
    printf("%d", sizeof(s2));
    return 0;
}

s1 的偏移量大小计算就是:

从上到下

char c1;

他的字节是1  就是 1/8  取最小值 第一个就是1  此时偏移量大小就是1

int a;

他的字节是4  就是 4/8  取最小值 就是4  偏移量大小应该是4的倍数 前面1就要填充3个 就是 4 在加int  此时偏移量大小就是8

char c2;

他的字节是1  就是 1/8  取最小值 第一个就是1  由于他是最后一个完了就是结构体  此时偏移量是8+1=9 但是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)的整数倍他个结构体最大对齐数是4 所以9不是4的倍数 要在填充3个  就是12个长度

s2的偏移量大小计算就是:

char c1;

他的字节是1  就是 1/8  取最小值 第一个就是1  此时偏移量大小就是1

char c2;

他的字节是1  就是 1/8  取最小值 第一个就是1 此时偏移量大小就是2

int a;

他的字节是4  就是 4/8  取最小值 就是4  偏移量大小应该是4的倍数 前面是2就要填充2个 就是 4 在加int  此时偏移量大小就是8 正好是4的倍数不用在加了

这时查看输出结果

0x02结构体嵌套

这里我们在看一个结构体嵌套的代码

#include <string.h>
#include <stdio.h>

struct s3
{
    double d;
    char  c;
    int i;

};

struct s4
{
    char c;
    struct s3 s3;
    double d;

};


int  main()
{
    printf("%d", sizeof(struct s4));
    return 0;
}

先计算s3结构体的大小

double d;

他的字节是8  就是 8/8  取最小值 第一个就是8  此时偏移量大小就是8

char  c;

他的字节是1  就是 1/8  取最小值 1  此时偏移量大小就是9

int i;

他的字节是4  就是 4/8  取最小值 4  前面偏移量是9 不是4的倍数要加3个 填充就是12 在加int   此时偏移量大小就是16 结构体最大对齐数是8所以要是8的倍数 正好是8的倍数不用加了

再来计算s4的结构体大小

char c;

他的字节是1  就是 1/8  取最小值 1  此时偏移量大小就是1

struct s3 s3;

他的字节是16  结构体的最大对齐数是8 只需要前面是8的倍数就行了  前面是1 要补齐7个  就是1+7+16=24

double d;

他是8个字节  就是8/8 取最小值8 前面偏移量是24  为8的倍数不用填充 直接+8 就是32  此时结构体结束 最大对齐数是8  32正好是8的倍数不用在填充

这个结构体就是32偏移量

0x03为什么要对齐?

1.平台原因:不是所有的硬件都可以在任意地址上读数据。

2.性能原因:内存对齐就是拿空间换时间

0x04 修改默认对齐数

主要是使用#pragma这个预处理指令。 改名默认对齐数

#pragma pack(1)
struct s3
{
    double d;
    char  c;
    int i;

};
#pragma pack()

这里写1 就是和gcc一样的计算方式了 直接就是里面变量字节相加

这里是13

如果没用到pragma 考虑到性能 结构体变量声明应该是 字节小到大 例如:

struct s3
{
    char  c;
    char  c1;
    char  c2;
    int i;
    double d;
};