结构体字节对齐问题探究

wuchangjian2021-10-26 03:02:23编程学习

文章目录

  • 结构体字节对齐
    • 32、64位数据类型占用字节
    • 内存对齐
      • 内存对齐原因
    • 如何内存对齐
      • 对于标准数据类型,它的地址只要是它的长度的整数倍。
      • 对于非标准数据类型,比如结构体,要遵循一下对齐原则:
      • 手动设置对齐模数:
    • 案例:
      • Student
      • Student2
      • 全部测试代码

结构体字节对齐

在用sizeof运算符求算某结构体所占空间时,并不是简单地将结构体中所有元素各自占的空间相加,这里涉及到内存字节对齐的问题。

从理论上讲,对于任何变量的访问都可以从任何地址开始访问,但是事实上不是如此,实际上访问特定类型的变量只能在特定的地址访问,这就需要各个变量在空间上按一定的规则排列, 而不是简单地顺序排列,这就是内存对齐

32、64位数据类型占用字节

首先我们要知道操作系统存储各个类型的数据所要各自占用的字节,可以参考我整理的另一篇文章,里面也有内存对其原理的简单介绍:
32、64位数据类型占用字节以及内存对齐原理

内存对齐

内存对齐原因

我们知道内存的最小单元是一个字节,当cpu从内存中读取数据的时候,是一个一个字节读取,所以内存对我们来说应该是入下图这样:
在这里插入图片描述

但是实际上cpu将内存当成多个块,每次从内存中读取一个块,这个块的大小可能是2、4、8、16等,实际他是这样的

在这里插入图片描述
内存对齐是操作系统为了提高访问内存的策略。操作系统在访问内存的时候,每次读取一定长度(这个长度是操作系统默认的对齐数,或者默认对齐数的整数倍)。如果没有对齐,访问一个变量可能会产生二次访问的问题。

至此大家应该能够简单明白,为什么要内存对齐?

  • 它提高存取数据的速度。
    比如有的平台每次都是从偶地址处读取数据,对于一个int型的变量,若从偶地址单元处存放,则只需一个读取周期即可读取该变量;但是若从奇地址单元处存放,则需要2个读取周期读取该变量。

  • 还有某些平台只能在特定的地址处访问特定类型的数据,否则抛出硬件异常给操作系统。

如何内存对齐

对于标准数据类型,它的地址只要是它的长度的整数倍。

例如int,short,char…

对于非标准数据类型,比如结构体,要遵循一下对齐原则:

  1. 数组成员对齐规则。第一个数组成员应该放在offset为0的地方,以后每个数组成员应该放在offset为min(当前成员的大小,#pargama pack(n))整数倍的地方开始(比如int在32位机器为4字节,#pargama pack(2),那么从2的倍数地方开始存储)。
  2. 结构体总的大小,也就是sizeof的结果,必须是min(结构体内部最大成员,#pargama pack(n))的整数倍,不足要补齐。
  3. 结构体做为成员的对齐规则。如果一个结构体B里嵌套另一个结构体A,还是以最大成员类型的大小对齐,但是结构体A的起点为A内部最大成员的整数倍的地方。(struct B里存有struct A,A里有char,int,double等成员,那A应该从8的整数倍开始存储。),结构体A中的成员的对齐规则仍满足原则1、原则2。

手动设置对齐模数:

#pragma pack(show)

在这里插入图片描述

显示当前packing alignment的字节数,以warning message的形式被显示。

#pragma pack(push) 

将当前指定的packing alignment数组进行压栈操作,这里的栈是the internal compiler stack,同事设置当前的packing alignment为n;如果n没有指定,则将当前的packing alignment数组压栈。

#pragma pack(pop) 

从internal compiler stack中删除最顶端的reaord; 如果没有指定n,则当前栈顶record即为新的packing alignement数值;如果指定了n,则n成为新的packing alignment值

#pragma pack(n)

指定packing的数值,以字节为单位,缺省数值是8,合法的数值分别是1,2,4,8,16。

案例:

看下面两个结构体:

Student

typedef struct _STUDENT {
	int a;
	char b;
	double c;
	float d;
}Student;

a从偏移量0位置开始存储
b从4位置开始存储
c从8位置开始存储
d从12位置开存储
所以Student内部对齐之后的大小为20 ,整体对齐,整体为最大类型的整数倍 也就是8的整数倍 为24
在这里插入图片描述

Student2

typedef struct _STUDENT2 {
	char a;
	Student b;
	double c;
}Student2;

a从偏移量为0位置开始
b从偏移量为Student内部最大成员整数倍开始,也就是8开始
c从8的整数倍地方开始,也就是32开始
所以结构体Sutdnet2内部对齐之后的大小为:40 , 由于结构体中最大成员为8,必须为8的整数倍 所以大小为40
在这里插入图片描述

全部测试代码

在这里插入图片描述

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

#pragma pack(4)

typedef struct _STUDENT {
	int a;
	char b;
	double c;
	float d;
}Student;

typedef struct _STUDENT2 {
	char a;
	Student b;
	double c;
}Student2;

void test() {

	//Student
	/*a从偏移量0位置开始存储
	b从4位置开始存储
	c从8位置开始存储
	d从12位置开存储
	所以Student内部对齐之后的大小为20 ,整体对齐,整体为最大类型的整数倍 也就是8的整数倍 为24*/

	printf("sizeof Student:%d\n", sizeof(Student));

	//Student2 
	/*a从偏移量为0位置开始 
	b从偏移量为Student内部最大成员整数倍开始,也就是8开始
	c从8的整数倍地方开始,也就是32开始
	所以结构体Sutdnet2内部对齐之后的大小为:40 , 由于结构体中最大成员为8,必须为8的整数倍 所以大小为40*/
	printf("sizeof Student2:%d\n", sizeof(Student2));
}
int main()
{
	test();
	return 0;
}

相关文章

Math.random()方法确定区间[a,b]间的随机数

public static double random() Ret...

浙大PTA 7-13 日K蜡烛图 (15 分)

股票价格涨跌趋势,常用蜡烛图技术中的K线图来表示,分为按日的...

奇数在前,偶数在后

(1)判断奇偶方式  ①i%2==0 为偶...

统计了300课时的代码,得到学Python需要掌握的1024个英语单词

统计了300课时的代码,得到学Python需要掌握的1024个英语单词

对话框回复「导航」获取历史推送 与非学堂 专注青少年信息技术教育,探讨...

解决报错:Couldn‘t create temporary file /tmp/apt.conf.IRqbCz

解决报错:Couldn‘t create temporary file /tmp/apt.conf.IRqbCz

目录 问题解决结尾 问题 操作容器应该是属于服务器开发同学的常规操作,...

发表评论    

◎欢迎参与讨论,请在这里发表您的看法、交流您的观点。