浅谈结构体,结构体内存对齐

Posted m0_56186053

tags:

篇首语:本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理,主要介绍了浅谈结构体,结构体内存对齐相关的知识,希望对你有一定的参考价值。

@TOC结构体及结构体的内存对齐

结构体的定义

  1. 结构体的基本知识
    结构是一些值的集合,这些值称为成员变量。结构的每个成员可以是不同类型的变量。
  2. 结构体的定义
    例如描述一个学生
struct Stu
{
char name[20];
int age;
char id[20];
};

在声明结构的时候可以不完全声明比如

//匿名结构体类型
struct
{
 int a;
 char b;
 float c; }x;
struct
{
 int a;
 char b;
 float c; }a[20], *p;

但是这两种声明是不同的类型
因此不可以有

p=&x;
  1. 结构体的自引用
    我们首先看这个自引用
struct binary_tree {
    int data;
    struct binary_tree left;
    struct binary_tree right;
};

会导致在分配内存的时候循环分配,此时编译器会计算left和right的成员变量并为之分配内存,从而导致嵌套死循环
正确的引用方式

struct binary_tree {
    int data;
    struct binary_tree * left;
    struct binary_tree * right;
};
  1. 结构体的初始化
    初始化实际上并不难
struct Point
{
 int x;
 int y; }p1; //声明类型的同时定义变量p1
struct Point p2; //定义结构体变量p2
//初始化:定义变量的同时赋初值。
struct Point p3 = {x, y};
struct Stu        //类型声明
{
 char name[15];//名字
 int age;      //年龄
};
struct Stu s = {"zhangsan", 20};//初始化
struct Node
{
 int data;
 struct Point p;
 struct Node* next; 
}n1 = {10, {4,5}, NULL}; //结构体嵌套初始化

结构体内存对齐

我们已经掌握了结构体的基本使用了。
现在我们深入讨论一个问题:计算结构体的大小。
这也是一个特别热门的考点: 结构体内存对齐

//练习1
struct S1
{
 char c1;
 int i;
 char c2;
};
printf("%d\\n", sizeof(struct S1));
//练习2
struct S2
{
 char c1;
 char c2;
 int i;
};
printf("%d\\n", sizeof(struct S2));
//练习3
struct S3
{
 double d;
 char c;
 int i;
};
printf("%d\\n", sizeof(struct S3));
//练习4-结构体嵌套问题
struct S4
{
 char c1;
 struct S3 s3;
 double d;
};
printf("%d\\n", sizeof(struct S4));

考点 如何计算? 首先得掌握结构体的对齐规则:

  1. 第一个成员在与结构体变量偏移量为0的地址处。
  2. 其他成员变量要对齐到某个数字(对齐数)的整数倍的地址处。
    对齐数 = 编译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
    Linux中的默认值为4
  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。
    为什么存在内存对齐?
    大部分的参考资料都是如是说的:
  5. 平台原因(移植原因): 不是所有的硬件平台都能访问任意地址上的任意数据的;某些硬件平台只能在某些地址
    处取某些特定类型的数据,否则抛出硬件异常。
  6. 性能原因: 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
    需要作两次内存访问;而对齐的内存访问仅需要一次访问。
    总体来说:
    结构体的内存对齐是拿空间来换取时间的做法
    在设计结构体的时候我们考虑到要满足对齐,又要节省空间
    所以我们要让占用空间最小的成员尽量集中在一起
    例如
struct S1
{
 char c1;
 int i;
 char c2;
};
struct S2
{
 char c1;
 char c2;
 int i;
};
#

s1和s2的内容一样但是内存却不同
对于s1对齐数为4
char占一个对齐数,int占一个,char又占一个一共三个
对于s2
两个char占一个
int占一个一共两个对齐数

修改默认对齐数

我们之前我们见过了 #pragma 这个预处理指令,这里我们再次使用,可以改变我们的默认对齐数

include <stdio.h>
#pragma pack(8)//设置默认对齐数为8
struct S1
{
 char c1;
 int i;
 char c2;
};
#pragma pack()//取消设置的默认对齐数,还原为默认
#pragma pack(1)//设置默认对齐数为8
struct S2
{
 char c1;
 int i;
 char c2;
};
#pragma pack()//取消设置的默认对齐数,还原为默认
int main()
{
    //输出的结果是什么?
    printf("%d\\n", sizeof(struct S1));
    printf("%d\\n", sizeof(struct S2));
    return 0; }

输出的结果分别是12和6
也就是说在结构体对齐不合适的时候,我们可以自己改变默认对齐数

结构体传参


struct S {
 int data[1000];
 int num;
};
struct S s = {{1,2,3,4}, 1000};
//结构体传参
void print1(struct S s) {
 printf("%d\\n", s.num);
}
//结构体地址传参
void print2(struct S* ps) {
 printf("%d\\n", ps->num);
`int main()
{
 print1(s);  //传结构体
 print2(&s); //传地址
 return 0; }

我们应该选用print2,原因是函数传参时,参数会压栈,会有时间上和空间上的开销,如果传递一个结构体时,结构体过大,参数压栈的开销比较大,会导致性能的下降。
结论,结构体传参时,要穿结构体的地址。

以上是关于浅谈结构体,结构体内存对齐的主要内容,如果未能解决你的问题,请参考以下文章

浅谈结构体,结构体内存对齐

Visual Studio2008 C++结构体成员需要内存对齐吗?

[.NET] 结构体布局详解与结构体内存对齐具体方式

[.NET] 结构体布局详解与结构体内存对齐具体方式

详解结构体内存对齐

详解结构体内存对齐