C语言结构体存储空间分配

你的名字 2022-06-05 03:21 181阅读 0赞

这两天在看结构体，一直在琢磨结构体的存储空间分配的问题，琢磨了半天总算明白了。和大家分享一下，希望能有所帮助。  
相信大家都知道结构体里元素存储要对齐吧，话虽是没错，只是这个“对齐”里面包含了很多微妙的东西。首先详细的给出结构体内存存储空间分配的原则吧：编译器按照成员列表顺序一个接一个地给每个成员分配内存。只有当存储成员时需要满足正确的边界对齐要求时，成员之间才可能出现用于填充的额外内存空间。  
而且还有3点要求：  
结构体变量的首地址要能够被其最宽基本类型元素的大小所整除。  
结构体的每个元素相对于结构体首地址的偏移量都是元素大小的整数倍，如有需要编译器会在元素之间加上填充字节。  
结构体的总大小为结构体最宽基本类型元素大小的整数倍，如有需要编译器会在最末一个元素之后加上填充字节。  
下面来看几个例子(32位为例)：  
sizeof操作符能够得出一个结构的整体长度，包括因边界对齐而跳过的那些字节。所以一般都用sizeof来计算其所占存储空间。  
struct t1  
\{  
int a;  
char b;  
char c;  
\};  
首先创建的是int类型的a为4字节，但是其后一个b只占1个字节，所以不要和char b对齐。因为其后一个c只占1个字节，所以也不用对齐。所以结构体t1一共占:4+1+1=6个字节，但是根据要求3，结构体的总大小为结构体最宽基本类型元素大小的整数倍。而在这个例子中，最宽的元素为int a，为4字节。所以最后结构体t1的总大小必须为4的倍数，因此最终的字节数为8。所以，这里编译器自动充填了2字节的充填字节。  
下面让我们将例1中元素的顺序调一下位置看看:  
struct t2  
\{  
char b;  
int a;  
char c;  
\};  
计算后可以得到t2总字节数为12。是不是很疑惑，为什么就是位置换了一下结果会有所不同呢？这就是前面定义中所说的顺序的问题。来分析一下，首先创建的是 char b为1字节，然后是 int a为4字节，要对齐，所以应该在b后添加3个字节创建 int a，因为最后的cahr c只占1字节，所以不用充填，所以总字节数为:4+4+1=9,还是因为要求3，应该为4的倍数，所以总字节为12(3个充填字节)。  
那么加上数组呢？来看看吧。  
struct t3  
\{  
int a;  
char b\[9\];  
char c;  
\};  
分析:a占4个字节，b和c分别占9个字节和1个字节，加起来10个字节，但是因为要求3，这里最宽的元素为int，所以要为4的倍数，所以总共需要16个字节。  
再掉一下位置吧.  
struct t4  
\{  
char b\[9\];  
int a;  
char c;  
\};  
分析:b占9字节，a占4字节，为了对齐，这时候应该是12(9+3，因为char 比int少3字节，所以为了对齐要加上那3字节)+4个字节，后面又来一个c 也是char，为了对齐加4(1+3)，所以总共是20个字节。而t3因为后面两个元素类型一致，所以可以先和在一起分配，然后对齐。  
所以可以知道，要不要对齐是看基本元素类型的，比如虽然char b\[9\]比int a占的字节要多，但是因为基本元素类型不一样，所以还是要对齐。