C题：为啥char实际上占用了4个字节的内存？

Posted 2023-02-25

【中文标题】C题：为啥char实际上占用了4个字节的内存？

【英文标题】：C Question: why char actually occupies 4 bytes in memory?C题：为什么char实际上占用了4个字节的内存？

【发布时间】：2011-07-06 05:54:48

【问题描述】：

我写了一个小程序来检查 char 在我的内存中占用了多少字节，它显示 char 实际上在内存中占用了 4 个字节。我知道这主要是因为字对齐，并且看不到 char 只有 1 个字节的优势。为什么不使用 4 个字节作为 char？

int main(void)

  int a;
  char b;
  int c;
  a = 0;
  b = 'b';
  c = 1;
  printf("%p\n",&a);
  printf("%p\n",&b);
  printf("%p\n",&c);
  return 0;

输出： 0x7fff91a15c58 0x7fff91a15c5f 0x7fff91a15c54

更新： 我不相信 malloc 只会为 char 分配 1 个字节，即使 sizeof(char) 作为参数传递，因为 malloc 包含一个标头将确保标头是字对齐的。有cmets吗？

更新2： 如果你被要求在没有填充的情况下有效地使用内存，唯一的方法是创建一个特殊的内存分配器吗？或者是否可以禁用填充？

【问题讨论】：

你可以用预处理宏、shift + 和

打包它们

@Gabriel，你能详细解释一下吗？

你是如何从内存地址中确定char的sizeof的？

丹尼尔问对了问题。您的问题基于错误的假设。

也许可以试试 char* myArray = malloc(sizeof(char)*4);我的数组[0] = 0; ……然后看那个？可能是您使用堆栈变量导致实验失败。

【参考方案1】：

我假设它与堆栈中的变量打包有关。我相信在您的示例中，它强制整数为 4 字节对齐。因此，在 char 变量之前（或之后）需要有 3 个字节的填充（取决于我想的编译器）。

【讨论】：

他如何从内存地址中判断变量由4个字节组成？

那部分我不确定。他的变量地址并不完全有意义。

【参考方案2】：

这是由于对齐限制。字符大小仅为 1 字节，但整数与 4 字节的倍数对齐。字符后面也可以跟着可能有更宽松对齐约束的其他字符（或者说短字符）。在这些情况下，如果 char 的大小确实如您所建议的那样为 4 个字节，我们将消耗不必要的空间。

【参考方案3】：

变量本身不占用 4 个字节的内存，它占用 1 个字节，然后是 3 个字节的填充，因为堆栈上的下一个变量是一个 int，因此必须是字对齐的。

像下面这样的情况，你会发现变量anotherChar的地址比b的地址大1个字节。然后在 int c 之前加上 2 个字节的填充

int main(void)

  int a;
  char b;
  char anotherChar;
  int c;
  a = 0;
  b = 'b';
  c = 1;
  printf("%p\n",&a);
  printf("%p\n",&b);
  printf("%p\n",&anotherChar);
  printf("%p\n",&c);
  return 0;

【参考方案4】：

你有 int、char、int

请参阅“为什么要限制字节对齐？”下的图片。 http://www.eventhelix.com/realtimemantra/ByteAlignmentAndOrdering.htm

          Byte 0 Byte 1 Byte 2  Byte 3
0x1000               
0x1004  X0     X1     X2      X3
0x1008               
0x100C         Y0     Y1      Y2

如果它以 4 字节、1 字节和 4 字节的形式存储它们，则需要 2 个 cpu 周期来检索 int c 并进行一些位移才能使 c 的实际值正​​确对齐以供使用作为一个整数。

【参考方案5】：

回答你问题的最后一部分：为什么不使用 4 个字节作为 char？

为什么不对char[1000000] 使用 400 万字节？

【参考方案6】：

对齐

让我们看看打印 a、b 和 c 的地址的输出：

输出：0x7fff91a15c58 0x7fff91a15c5f 0x7fff91a15c54

注意 b 不在同一个 4 字节边界上？ a 和 c 是相邻的吗？这是它在内存中的样子，每行占用 4 个字节，最右边的列是第 0 位：

| b | x | x | x | 0x5c5c
-----------------
| a | a | a | a | 0x5c58 
-----------------
| c | c | c | c | 0x5c54 

这是编译器优化空间和保持字对齐的方式。即使您的 b 地址是 0x5c5f，它实际上并不占用 4 个字节。如果您使用相同的代码并添加一个短 d，您会看到：

| b | x | d | d | 0x5c5c
-----------------
| a | a | a | a | 0x5c58 
-----------------
| c | c | c | c | 0x5c54 

其中d的地址是0x5c5c。短裤将与两个字节对齐，因此在 c 和 d 之间仍有一个字节未使用的内存。添加另一个字符，你会得到：

| b | e | d | d | 0x5c5c
-----------------
| a | a | a | a | 0x5c58 
-----------------
| c | c | c | c | 0x5c54 

这是我的代码和输出。请注意，我的地址会略有不同，但它是我们真正关心的地址中的最低有效数字：

int main(void)

  int a;
  char b;
  int c;
  short d;
  char e;
  a = 0;
  b = 'b';
  c = 1;
  printf("%p\n",&a);
  printf("%p\n",&b);
  printf("%p\n",&c);
  printf("%p\n",&d);
  printf("%p\n",&e);
  return 0;


$ ./a.out 
0xbfa0bde8
0xbfa0bdef
0xbfa0bde4
0xbfa0bdec
0xbfa0bdee

Malloc

malloc 的手册页说它“分配 size 字节并返回指向已分配内存的指针。”它还说它将“返回一个指向已分配内存的指针，该指针适合任何类型的变量”。根据我的测试，对 malloc(1) 的重复调用以“双字”增量返回地址，但我不会指望这一点。

注意事项

我的代码在 x86 32 位机器上运行。其他机器可能会略有不同，一些编译器可能会以不同的方式进行优化，但这些想法应该是正确的。