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  • 一个结构体变量所占的内存字节数
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    2019-03-22 15:16:40

    1、什么是内存对齐?

    下面先来看一个例子:

    #include <stdio.h>
    int main()
    {
        struct Text1
        {
    	char c1;
    	short s;							
    	char c2;
    	int i;
        };
         struct Text2
        {
    	char c1;
    	char c2;
    	short s;
    	int i;
        };
        printf("%ld\n",sizeof(struct Text1));		//12    GCC下编译的结果
        printf("%ld\n",sizeof(struct Text2));		//8
    	
        return 0;
    }

    解析:
    在windows系统32位平台上:
    int占4个字节
    char占1个字节
    float占4个字节
    double占8个字节
    1、首先确定对齐参数:对齐参数是由变量的自身对齐参数和编译器默认的对齐参数一起确定的!它是结构体中所有变量的自身对齐参数的最大值和系统默认参数中较小的那一个!(含有double类型的除外,原因如下!)而变量的自身对齐参数是由CPU字节长度(32位为4)和变量本身的字节长度中的较小的那一个(即变量的自身对齐参数<=4),所以本题中的对齐参数为4!
    2、知道了对齐参数为4,即知道了分配单位就是4!
     

    这里需注意的是:
    VC和GCC默认的都是4字节对齐,编程中可以使用#pragma pack(n)指定对齐模数。出现以上差异的原因在于,VC和GCC中对于double类型的对齐方式不同。
    Win32平台下的微软VC编译器在默认情况下采用如下的对齐规则: 任何基本数据类型T的对齐模数就是T的大小,即sizeof(T)。比如对于double类型(8字节),就要求该类型数据的地址总是8的倍数,而char类型数据(1字节)则可以从任何一个地址开始。
    Linux下的GCC奉行的是另外一套规则:任何2字节大小(包括单字节吗?)的数据类型(比如short)的对齐模数是2,而其它所有超过2字节的数据类型(比如long,double)都以4为对齐模数!

    #prama pack()能改变编译器的默认对齐方式!例如

    #pragma pack(n)                     //编译器将按照n字节对齐
    
    #pragma pack()                       //编译器将取消自定义字节对齐方式

    在#pragma pack(n)和#pragma pack()之间的代码按n字节对齐! 此为强制对齐!

    2、为什么会有内存对齐?

    字、双字和四字在自然边界上不需要在内存中对齐。对字、双字和四字来说,自然边界分别是偶数地址、可以被4整除的地址和可以被8整除的地址。无论如何,为了提高程序的性能,数据结构(尤其是栈)应该尽可能地在自然边界上对齐。原因在于,为了访问未对齐的内存,处理器需要做两次内存访问;然而,对齐的内存访问仅需要进行一次访问。

    一个字或双字操作数跨越了4字节边界,或者一个四字操作数跨越了8字节边界,被认为是未对齐的,从而需要两次总线周期来访问内存。一个字起始地址是奇数但却没有跨越字边界被认为是对齐的,能够在一个总线周期中被访问。某些操作双四字的指令需要内存操作数在自然边界上对齐。如果操作数没有对齐,这些指令将会产生一个通用保护异常。双四字的自然边界是能够被16整除的地址。其他的操作双四字的指令允许未对齐的访问(不会产生通用保护异常),然而,需要额外的内存总线周期来访问中未对齐的数据。

    补充:
    自然对齐指的是将对应变量类型存入对应地址值的内存空间,即数据要根据其数据类型存放到以其数据类型为倍数的地址处。例如char类型占1个字节空间,1的倍数是所有数,因此可以放置在任何允许地址处,而int类型占4个字节空间,以4为倍数的地址就有0,4,8等。编译器会优先按照自然对齐进行数据地址分配

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  • 1.下列程序中,结构体变量n所占内存字节数是(答案为6?) union U {  char s[4];   int i;  long l; }; struct A {  int c;  union U u; }a; 2.若有下面的说明和定于: struct test {  int m1;...

    有朋友问:

    1.下列程序中,结构体变量n所占内存字节数是(答案为6?)

    union U
    {
            char s[4];        
            int i;
            long l;
    };
    struct A
    {
            int c;
            union U u;
    }a;

    2.若有下面的说明和定于:
    struct test
    {
            int m1;char m2;float m3;
            union uu{ char u1[5];int u2[2];} ua;

    }myaa;
    则sizeof(struct test)的值是(答案为12?)

    3.在16位的PC机上使用c语言,若有如下定义:
    struct data
    {
            int i;
            char ch;
            double f;
    }b;
    则结构变量b占用内存的字节数是(答案为11?)

    答复:
    如果你这是考试用题,建议你采用这个方式来计算:
    1、假设是在16位IBM-PC机上计算所占用内存的字节数,决定了各类型的宽度;
    2、union(共用体)变量的所占用内存的字节数为变量类型定义的变量的最大宽度变量;
    3、如果有数组要考虑数组的宽度(比如char[3]肯定小于int[2],cha[5]就按5个字节算,因为大于了int[2]);
    4、结构体变量所占用内存的字节数是其所有成员所占用内存字节数之和;
    5、结构体里有结构体也要按照上面的方法计算。

    那么,由于假设16位IBM-PC机,所以:
    char:1字节、short:2字节、int:2字节、long:4字节、long long(即long long int):4字节、float:4字节、double:8字节、long doubule:10字节
    这样你就好计算了:
    题目1:union U u; u的宽度为最大char s[4];的4个字节,int c;2个字节。所以结果为6个字节。
    题目2、题目3你自己应该就会算了吧?

    有个问题还是要补充一下,在现在我们用的IDE在实际环境中,由于为了实现更快寻址和达到性能更优的原因,会有本机宽度和字节对齐的情况发生,所以你在你具体应用中会有一些不同情况的出现。另外,long double占用10字节空间,但有的编译器并不认可10字节,还是8字节,比如在VC++6.0下,用sizeof(long double)测出来的值仍然是8。所以我强调了第1点假设是在16位IBM-PC机上,而且估计你提的这几个问题都是考试用的,所以就按我上面说的方法去计算就可以。

     

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  • 判断结构体变量所占字节数

    千次阅读 2018-07-29 21:19:14
    1,结构体总长度一定是最长字节数的整数倍,double除外,若出现double还是除它之外的最大类型的字节数的整数倍,double还是按8字节算 2,每成员偏移量一定是改成员长度的整数倍 eg #include &lt;stdio.h&...

    规则

    1,结构体总长度一定是最长字节数的整数倍,double除外,若出现double还是除它之外的最大类型的字节数的整数倍,double还是按8字节算

    2,每个成员偏移量一定是改成员长度的整数倍

    eg

    
    #include <stdio.h>
    
    struct student
    {
        char name[20];
        int a;
        short b;
    };
    
    int main()
    {
        printf("%d\n", sizeof(struct student));
        return 0;
    }

     

    嵌套结构体所占字节数示例

    #include <stdio.h>
    #include <string.h>
    #include <stdlib.h>
    
    struct AA
    {
        int a;
        char b;
    };
    struct student
    {
        short c;
        struct AA aa;
    
        char sex;
        
    };
    
    int main()
    {
        printf("%d\n", sizeof(struct student));
     
        return 0;
    }
    

    说明:

    1,struct AA aa,占8个字节; 然后将其整体带入struct student{....}结构体中, short 补两个字节 4+8+1=13, 需要再补三个字节使其为4的倍数

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  • 结构体所占内存字节数如何计算?

    万次阅读 多人点赞 2019-08-22 21:43:23
    处理器的对齐要求,可能会在较小的成员后加入补位,从而导致结构体实际所占内存字节数比我们想象的多出一些字节。 下面从4方面进行阐述: (1)结构体只包含基本数据类型; (2)结构体含有复合...
    我们知道,为了提高内存寻址的效率,很多处理器体系结构为特定的数据类型引入
    了特殊的内存对齐需求。不同的系统和编译器,内存对齐的方式有所不同,为了满足
    处理器的对齐要求,可能会在较小的成员后加入补位,从而导致结构体实际所占内存的
    字节数比我们想象的多出一些字节。
    

    下面从4个方面进行阐述:	(1)结构体只包含基本数据类型;
    				    (2)结构体含有复合数据类型(例如包含strcut,union);
    				 	(3)空结构体;
    				 	(4)结构体含位域。
    

    下面的例子均在VS平台测试,不同平台实现可能有差异。


    1.结构体只包含基本数据类型:

    规律总结(按字节编址):1.从0位置开始存储;
    					2.short类型数据要求从偶数地址开始存储;
    					3.int数据要求对齐在4字节地址边界;
    					4.变量存储起始位置是该变量大小的整数倍;
    					5.结构体总的大小是其最大元素的整数倍,不足的后面补齐;
    					6.结构体变量的首地址能够被其最宽基本数据类型成员的大小整除;
    

    例子1:

    struct Test
    {
    	int num;//0 1 2 3 占4个字节
    	char *pname;//4 5 6 7 占4个字节
    	short date;//8 9 占两个字节
    	char ch[2];//10 11 占两个字节
    	short sh[4];//12 13 14 15 16 17 18 19 占8个字节 满足上面的规律5
    };
    4+4+2*2+8=20 满足上面的5条规律 故sizeof(struct Test)=20
    

    例子2:

    struct Test
    {
    	char c;//0 1 2 3 占4个字节(补3个字节,因为int占4个字节,需满足规律4)
    	int a;// 4 5 6 7 占4个字节
    	short s;//8 9 10 11 占4个字节(补两个字节,因为int占4个字节,需满足规律5)
    };
    4*3=12 故sizeof(struct Test)=12
    

    例子3:

    struct Test
    {
    	int a;//0 1 2 3 占4个字节
    	char b;//4 5 占两个字节(补1个字节,因为short占两个字节,需满足规律4)
    	short c;//6 7 占两个字节
    };
    4+2+2=8 故sizeof(struct Test)=8
    

    2.结构体含有复合数据类型:

    规律:1.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;
         2.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。
    

    例子1:

    struct s1
    {
    	char c;//0 1 2 3 占4个字节
    	int b;//4 5 6 7 占4个字节
    };
    //s1结构体共占8个字节
    struct s2
    {
    	char c1;//0 1 2 3 占4个字节
    	struct s1 s;//4-11 占8个字节
    	char c2;//12-15 占4个字节
    };
    故sizeof(struct s2)=16个字节
    

    说明:s1最宽简单成员的类型为int,s2在考虑最宽简单类型成员时是将s1“打散”看的,所以s2的最宽基本类型为int,这样,通过s1定义的变量,其存储空间的首地址应该被4整除(上面的规律6),整个sizeof(s2)的值也应该被4整除(规律5)。c1的偏移量为0,s的偏移量呢,这时s是一个整体,所以其大小为8,偏移量为4,c1与s之间便需要3个填充字节,而c2与s之间就不需要了,所以c2的偏移量为12,算上c2的大小为13,13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。

    例子2:

    union u1
    {
    	char bj[5];
    	int bh;
    };
    //共用体类型所占内存空间的大小取决于其成员中占内存空间最多的那个成员变量。
    //故为字符数组这个成员变量,同样,整个共用体所占的内存字节数应为最宽数据类型的整数倍,
    //需在后面补3个字节,即:sizeof(union u1)=8。
    struct s
    {
    	union u1
    	{
    		char bj[5];
    		int bh;
    	};
    	char c[8];
    	float f;
    };
    

    说明:整个共用体共占8字节内存空间,即:0-7,字符数组占8个字节内存空间,即:8-15,float类型占4个字节内存空间,即:16-19。故,sizeof(struct s)=20

    例子3:

    union u1
    {
    	char bj[5];
    	int bh;
    };
    struct s
    {
    	union u1
    	{
    		char bj[5];
    		int bh;
    	};
    	char c[7];
    };
    

    说明:整个共用体共占8个字节内存空间,即:0-7,字符数组占7个字节内存空间,即8-14,这时,我们同样也需要将共用体“打散”看,结构体最宽基本数据类型为int,故整个结构体所占字节数为16(需在最后补1个字节,满足规律5),即:sizeof(struct s)=16。


    3.空结构体:

    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。
    

    4.结构体含位域:

    C99规定,int、unsigned int和bool可以作为位域类型,但编译器几乎都对此做了拓展,允许
    其他类型的存在。使用位域的主要目的是压缩存储。
    规律:
    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.如果相邻位于字段的类型相同,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,其各编译器的具体实现有差异,VS采取不压缩方式;
    4.如果位域字段之间穿插着非位域字段,则不进行压缩;
    5.整个结构体的总大小为最宽基本类型成员大小的整数倍。
    

    例子1:

    struct s1
    {
    	char c1:3;
    	char c2:4;
    	char c3:5;
    };
    

    其内存布局:
    | —c1---- | ----c2------ | _ |-------c3---------|------------|
    | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ |
    位域类型为char,第1个字节仅能容下c1和c2,所以c2被压缩到第1个字节中(规律1),而c3只能从下一个字节开始(规律2)。所以sizeof(struct s1)=2。

    例子2:

    strcut s2
    {
    	char c1:3;
    	short s1:4;
    	char c2:5;
    };
    

    由于相邻位域类型不同,在VS中不采取压缩方式,故c1占1个字节,由于s1为short类型,故c1补一个字节。s1占两个字节,c2占一个字节,再补一个字节。故sizeof(struct s2)=6。

    例子3:

    struct s3
    {
    	char c1:3;
    	char c2;
    	char c3:5;
    };
    

    由于非位域字段穿插在其中,不会产生压缩。故sizeof(struct s3)=3。

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一个结构体变量所占的内存字节数

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