从内存角度深入看结构体（window/linux）大小

比眉伴天荒 2022-06-01 00:29 213阅读 0赞

今天我们来看一下windows（32， 64）（dev-c++，vc），linux（32， 64）不同系统下，

它们求结构体大小时，编译器到底给它们分配了哪些内存，又为什么这样分配，为啥子编译器给它们有时空闲3个内存块，有时候又空闲7个内存块，为什么啊，为什么啊

当你们读了上面的内容，还想继续往下看的时候，就说明你开始关注内存的分配问题了，哈哈！！！

### 关于内存对齐： ###

简单地理解就是：程序中，数据结构中的变量等等都需要占用内存，系统采用内存对齐，就可以提高访问速度（为了访问未对齐的内存，处理器需要作两次内存访问，而经过内存对齐一次就可以了）

大家看下面这个程序：

#include <stdio.h> 
    
    struct stu{  
        char a;  
        int b;  
        char c;  
    };  
    
    int main(){  
        struct stu ss;  
    
        printf("%d\n", sizeof(ss));  
        printf("%p\n", &ss.a);  
        printf("%p\n", &ss.b);  
        printf("%p\n", &ss.c);  
    
        return 0;  
    }

当前结构体里面的成员类型是：（char ， int， char）

下面大家看程序运行结果：

结果一：

win7,32位，vc中  
![这里写图片描述][SouthEast]

win7,64位，vc中

![这里写图片描述][SouthEast 1]

结果二：

win7，32位，dev-c++中

![这里写图片描述][Center]

win7,64位，dev-c++中

![这里写图片描述][SouthEast 2]

我们知道这涉及一个概念——偏移量

网上给出的解释是：它指的是结构体变量中成员的地址和结构体变量地址的差。

结构体大小的定义是：结构体的大小等于最后一个成员的偏移量加上最后一个成员的大小

哈哈，听饶了吧！

其实，当前偏移量的大小就是编译器为前面变量所分配的内存个数。

大家先看一下上面结构体在内存中（下面的是在dev中分配的）的情况

![这里写图片描述][SouthEast 3]

首先，我们知道编译器给一些变量分配内存的时候，它是一个连续的块，它是以一个4字节简单对齐的

如上图所示：

编译器首先分配了一块地址也就是：0022FEB4给了结构体的首地址（也就是结构体中的成员a）因为它是一个字符，它占用一个内存地址，第二个是int类型，它占用4个字节，第一组已经用掉一格，还剩3格，肯定无法放下int型，考虑到内存对齐，所以不得不把它放到第二个组块(0022feb8)，第三个类型是char类型，跟第一个类似，占用一个存储块（0022febc），（又因为它是4字节简单对齐方式），

所以空闲的三个存储块也同样分给了当前这个结构体。

好，我们接下来继续分析：

看代码2：

#include <stdio.h> 
    
    struct stu{  
        char a;  
        char b;  
        int c;  
    };  
    
    int main(){  
        struct stu ss;  
    
        printf("%d\n", sizeof(ss));  
        printf("%p\n", &ss.a);  
        printf("%p\n", &ss.b);  
        printf("%p\n", &ss.c);  
    
        return 0;  
    }

哈哈，可别看错了，我可跟上面的代码不一样哎！！！！！  
（结构体里面定义的成员是： char， char ， int）

好，下面大家看一下运行结果：

win7,32位，vc中

![这里写图片描述][SouthEast 4]  
win7,64位，vc中

![这里写图片描述][SouthEast 5]

结果二：

win7，32位，dev-c++中

![这里写图片描述][SouthEast 6]

win7，64位，dev-c++中

![这里写图片描述][SouthEast 7]  
来，不要急，我们接着看内存，分析分析它：

![这里写图片描述][SouthEast 8]  
同样的道理：当前结构体中，第一个类型是char类型，它占用一个字节（也就是0022FEB8），然后，接下来第二个类型还是char，占用一个字节，又因为上一组4个字节（其中0022FEB9,0022FEBA, 0022FEBB均空着）还空着3个，可以放下第二个char，所以第二个char就放在了内存（0022FEB9）处，然后碰到int类型中，占用4个字节，上一组4个字节中还剩下两个空闲（其中0022FEBA, 0022FEBB），不够放int类型，所以，新找了另一组连续的4个字节。所以说：当前结构体总总共占用8个字节。

哈哈，所以说：结构体中，编译器为所分配的所有空闲内存（满足4字节简单对齐）都算在内，总的结构体大小也就相应的出来了。

简单的说：结构体的成员变量类型（如1：char， int ， char 如2：char， char， int），它们成员一样，但顺序不一样，编译器给分配的内存也不一样，我们应尽可能的使其内存占用的少一点，这样，总的来说对我们的程序运行只有好处。

这回大家明白的差不多了吧!接下来我们分析一个不一样的东西

看代码3：

#include <stdio.h> 
    
    struct stu{  
        char a;  
        double b;  
        char c;  
    };  
    
    int main(){  
        struct stu ss;  
    
        printf("%d\n", sizeof(ss));  
        printf("%p\n", &ss.a);  
        printf("%p\n", &ss.b);  
        printf("%p\n", &ss.c);  
        return 0;  
    }

我们可以很清楚的看明白上面这个结构体的成员变量是（char ， double ， char）  
所以我们的运行结果是：

win7,32位，vc中：

![这里写图片描述][SouthEast 9]

win7,64位，vc中：

![这里写图片描述][SouthEast 10]

结果二：

win7，32位，dev-c++中

![这里写图片描述][SouthEast 11]  
win7，64位，dev-c++中  
![这里写图片描述][SouthEast 12]

接下来再看一个小的程序：

代码4：

#include <stdio.h> 
    
    struct stu{  
        char a;  
        int e;  
        double b;  
        char c;  
    };  
    
    int main(){  
        struct stu ss;  
    
        printf("%d\n", sizeof(ss));  
        printf("%p\n", &ss.a);  
        printf("%p\n", &ss.e);  
        printf("%p\n", &ss.b);  
        printf("%p\n", &ss.c);  
        return 0;  
    }

我们也可以直接看到：这个结构体成员是（char ， int ， double ， char ）  
好，我们在看一下简单地运行结果：

win7， 32， dev:

![这里写图片描述][SouthEast 13]

win7， 64， dev:

![这里写图片描述][SouthEast 14]  
下面是win7,32，vc

![这里写图片描述][SouthEast 15]

下面是win7,64，vc  
![这里写图片描述][SouthEast 16]

哈哈，不要害怕它们为什么都是24，，接下来我们需要在看一下他们的内存分配情况，

下面这个图是代码3的图：

![这里写图片描述][SouthEast 17]

代码4的这个内存图（将代码1和代码2的内存图给结合起来了），

哈哈，太难画了，我在这里就不画了啊，大家应该可以理解的

好，接着继续分析内存情况

我们前面提到的在代码1，代码2中内存是简单地4字节对齐，所以我们一直在找4个字节来存放他们（也就是简单地说，char后面如果跟着int类型，那么就会出现3个空闲），

而到了我们这个代码3， 4， 内存就是简单地8字节对齐，所以我们一直在找8个字节来存放他们，（也就是简单地说，char后面如果跟着double类型，那么就会出现7个空闲）

这又是为了什么？

这里我们又要提一下内存的自然对齐了  
自然对齐就是说：每一种数据类型都必须放在内存地址中的整数倍上，举一个简单地例子  
（地址4）可以放char类型的，也可以放int类型，也可以放short，但是但是就是不可用存放double类型，仅仅只是因为它不是8的整数倍，OK， 就是这么简单。  
（地址3）可以用来存放char类型，但是不可用用来存放int， short， double ，也只是因为它们不是整数倍关系  
（声明一点，地址0是任何类型整数倍的， 这一点，我们可以这样记着，理解为，可以存放任何数据类型）

所以说：在windows下：

所以，此时也就很好解释上面的几种情况了，哪些空闲的内存块，就是因为它们本身不是数据类型的整数倍，所以被留了下来，在加上为了访问便利，所以才出现了内存对齐这么一说的吧!(个人简单理解)，其实我们这样想想，也就这么回事

那么在linux下又是什么样子的呢？？？？

接下来我们继续看：

代码5（在linux下）：

#include <stdio.h> 
    #include <sys/cdefs.h> 
    struct str{  
    
            char a;  
            int  b;  
            char c;  
    };  
    
    int main(){  
            struct str A;  
            printf("%u\n", sizeof(A));  
            printf("%p\n", &(A.a));  
            printf("%p\n", &(A.b));  
            printf("%p\n", &(A.c));  
    
            return 0;  
    
    }

这样看，我们知道此时结构体里面的成员类型是： char ,int , char  
好，我们大家一起看运行结果：

linux（ubuntu），64位，：

![这里写图片描述][SouthEast 18]

linux（ubuntu），32位

![这里写图片描述][SouthEast 19]

这时，我们可以看到上面的内存分配是一样的。就是说他们遵从的基本准则是一样的（可以简单的理解为：跟window下面是一样的，（简单的四字节对齐））

好了，我们接下来继续看另外一种情况：

代码6（在linux下）

#include <stdio.h> 
    #include <sys/cdefs.h> 
    struct str{  
    
            char a;  
            double  b;  
            char c;  
    };  
    
    int main(){  
            struct str A;  
            printf("结构体总大小位：%lu\n", sizeof(A));  
            printf("成员a的初始地址：%p\n", &(A.a));  
            printf("成员b的初始地址：%p\n", &(A.b));  
            printf("成员c的初始地址：%p\n", &(A.c));  
    
            return 0;  
    
    }

这时，我们也可以很清楚的看到当前结构体的成员变量类型是： char , double , char  
好了，我们接着往下看：运行结果：

liunx（ubuntu下），64位：

![这里写图片描述][SouthEast 20]

linux（ubuntu下）， 32位：

![这里写图片描述][SouthEast 21]

哈哈，不一样了吧，懵了吗？不要紧，接着继续看内存分配：

(下图是64位的简单内存分配图)

![这里写图片描述][SouthEast 22]

下面是（32位的简单内存分配图）

![这里写图片描述][SouthEast 23]

好了，这回我们也看到了，在编译器的分配下，

linux(64位) ：它是跟window底下的说法是一样的，对于double这个类型，它的初始地址就是仅仅只能在8的倍数的地方，也就是上面我们所说的遵从的是内存的自然对齐，所以（char后面是double的话，它会出现7个空闲区）

linux（32位）：它是跟window是不一样的，但是也很好理解，就是说，它的所有东西都是遵从（基本的4字节对齐），而32位的编译器，将其（double）处理成了两个4字节，所以才会出现上面的情况，或者说对于double而言编译器不考虑它的自然对齐,（所以说char后面出现double的话，它会出现3个空闲区）

好了，大家伙：

现在我们来总结一下：

对于windows，关于结构体也就是说，我们不用考虑什么偏移量，什么加什么啊，那些都太麻烦了，只需要明白内存的自然对齐就ok了，（不管什么32，64位）  
然而，对于linux下，对于64位：跟window一样就ok了，  
而linux下，32位：就用简单的4字节对齐就0k了，遇到double的话，简单的将其当作两个4字节就ok了。

（ps,哎呀吗，太累了，画图太多了，真心不容易啊，但是么事，心不累，哈哈！！！）

转载自这位大侠：[http://blog.csdn.net/msdnwolaile/article/details/50158463][http_blog.csdn.net_msdnwolaile_article_details_50158463]

[SouthEast]: /images/20220601/95f92a24a45240119848dfaca94b9d1b.png
[SouthEast 1]: /images/20220601/333505b20bfa451eb207e7da7a68d2f6.png
[Center]: /images/20220601/45fc81ad579f414f82ad8f80048f87b0.png
[SouthEast 2]: /images/20220601/3b467d70caf04fe0a61b14e828f75393.png
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[SouthEast 17]: /images/20220601/399f601b6d8544bdbeef23c38a7cb871.png
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[SouthEast 19]: /images/20220601/1f90eb7039d04b69936e29fe6fc018ca.png
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[SouthEast 21]: /images/20220601/745a0ddacee94372a2fea4400db73df5.png
[SouthEast 22]: /images/20220601/f69fed9e08724606a80874d6313a4194.png
[SouthEast 23]: /images/20220601/8089ec9ae4a7425ebfe197ae362b9315.png
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