i3geek.com
闫庚哲的个人博客

C语言中结构体的内存对齐

一、一般的类型所占字节数

指针统一 4 字节(int* char* double*……均为4字节)
char : 1 字节
short : 2 字节
int : 4 字节
long : 4 字节
long long : 8 字节
float : 4 字节
double : 8 字节

二、对齐规则

一般来说,结构体的对齐规则是先按数据类型自身进行对齐,然后再按整个结构体进行对齐对齐值必须是2的幂,比如1,2, 4, 8, 16。如果一个类型按n字节对齐,那么该类型的变量起始地址必须是n的倍数。比如int按四字节对齐,那么int类型的变量起始地址一定是4的倍数,比如0x0012ff60,0x0012ff48等。

数据自身的对齐

数据自身的对齐值通常就是数据类型所占的空间大小,比如int类型占四个字节,那么它的对齐值就是4

(简单来说,自身对齐的意思就是“同一类型在同一段,不可分隔存储”。比如按4字节对齐时,还剩下3字节空间与一个int变量时,不可以将int分割成3字节+1字节分开存储,必须空出剩下的3字节 整体重新对齐存储,如例2)

整个结构体的对齐

整个结构体的对齐值一般是结构体中最大数据类型所占的空间,比如下面这个结构体的对齐值就是8,因为double类型占8个字节。

struct Test2
{
    int i ;
    double d ;
};

三、位域

位域是指信息在存储时,并不需要占用一个完整的字节, 而只需占几个或一个二进制位。例如在存放一个开关量时,只有0和1 两种状态, 用一位二进位即可。为了节省存储空间,并使处理简便,C语言又提供了一种数据结构,称为“位域”或“位段”。所谓“位域”是把一个字节中的二进位划分为几 个不同的区域, 并说明每个区域的位数。每个域有一个域名,允许在程序中按域名进行操作。 这样就可以把几个不同的对象用一个字节的二进制位域来表示。

struct bs
{int a:8;int b:2;int c:6;}data;

说明data为bs变量,共占2个字节。其中位域a占8位,位域b占2位,位域c占6位。(具体看例3)

注意:

1. 宽度为 0 的一个未命名位域强制下一位域对齐到其下一type边界,其中type是该成员的类型(即自身对齐)。(如例4)
2. 位域的长度不能大于指定类型固有长度,比如说int的位域长度不能超过32,bool的位域长度不能超过8。
3. 位域可以无位域名,这时它只用来作填充或调整位置。无名的位域是不能使用的。例如:

struct k
{int a:1int :2 /*该2位不能使用*/int b:3int c:2};

对齐规则(例4):

1. 如果相邻位域字段的类型相同,且其位宽之和小于类型的sizeof大小,则后面的字段将紧邻前一个字段存储,直到不能容纳为止;
2. 如果相邻位域字段的类型相同,但其位宽之和大于类型的sizeof大小,则后面的字段将从新的存储单元开始,其偏移量为其类型大小的整数倍;
3. 如果相邻的位域字段的类型不同,则各编译器的具体实现有差异,VC6采取不压缩方式(不同位域字段存放在不同的位域类型字节中),Dev-C++和GCC都采取压缩方式。

四、示例

struct s1
{
    char j;
    int* p;
};
struct s2
{
    char i;
    char j;
    int* p;
};

例1:s1和s2占用内存都为8字节.因为int*为4字节,按最大对齐 2*4 = 8

struct s3
{
    int i;
    char j;
    int* p;
    double a;
};

例2:s3占用内存都为24字节.因为double为8字节,按最大对齐 3*8 = 24

struct s3
{
    int i:8;
    char j:4;
    int a:8;
    double b;
};

例3:s3占用内存为 16 字节。 因为double为8字节,按最大对齐 2*8 = 16

struct s4 {
int a:1;
int :0 ;/*空域*/
int b:1;
char c:6;
};

struct s5 {
int a:1;
char :0 ;/*空域*/
int b:1;
char c:6;
};

struct s6 {
int a:1;
char :0 ;/*空域*/
int b:31;
char c:6;
};

例4:s4占用内存为 8 字节。 因为int为4字节,按最大对齐 2*4 = 8

s5 占用内存为 4 字节。因为 int为4字节,char的空域按自身对齐,所以只占了一个字节的空间不用重新对齐。按最大对齐 1*4 = 4

s6 占用内存为 12 字节。 因为int为4字节,按最大对齐 3*4 = 12

书写结构体的建议

struct Test1
{
    int i ;
    double d ;
    char c ;
};
struct Test2
{
    char c ;
    int i ;
    double d ;
};

我们将test1的结构体顺序改变下变成test2,这时Test1的大小就变成了16,而不是24了,节省了8个字节!可见结构体中成员的书写顺序对结构体大小的影响还是很大的,一个好的建议是,按照数据类型由小到大的顺序进行书写。

赞(0)
未经允许不得转载:爱上极客 » C语言中结构体的内存对齐
分享到: 更多 (0)

评论 1

  • 昵称 (必填)
  • 邮箱 (必填)
  • 网址
  1. #1

    红叶黄花秋意晚,千里念行客。
    飞云过尽,归鸿无信,何处寄书得?

    互传电商网4年前 (2015-07-18)回复