（C语言）结构体内存对齐

阳光穿透心脏的1/2处 2023-10-13 16:10 52阅读 0赞

**目录**

1.对齐规则

2.示例

例1

例2

例3

3.存在内存对齐的原因

1.平台原因

2.性能原因

4.修改默认对齐数

--------------------

## 1.对齐规则 ##

（1）结构体的第一个成员放在**偏移量**（相较于结构体变量的起始位置）为0的位置

（2）从第二个成员起，之后的每个成员都要对齐到**对齐数**的**整数倍**的地址处

对齐数：编译器默认的对齐数与该成员大小的**较小值**

VS中默认为8

Linux中无默认对齐数，对齐数就是成员自身大小

（3）结构体总大小为**最大对齐数**（所有成员对齐数的最大值）的**整数倍**

（4）如果出现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**

（5）当出现数组，数组的对齐数为**数组元素**与默认对齐数的较小值

## 2.示例 ##

（**以下均在VS下实现**）

### 例1 ###

#include <stdio.h>
    
    struct s1
    {
    	char c1;
    	int i;
    	char c2;
    };
    
    int main()
    {
    	printf("%d", sizeof(struct s1));//12
    	return 0;
    }

计算结果为12，我们结合内存分布图来计算

c1为char类型，占1个字节，第一个成员放在偏移量为0的位置，（char的对齐数为1）

i为int类型，占4个字节，因此从偏移量为4的位置开始存放

c2为char类型，占1个字节，1为c2的默认对齐数，因此在i的后面接着存放c2，放在偏移量为9的位置处

结构体的最大对齐数为4，结构体的总大小为最大对齐数的整数倍，此时已经使用了9个字节的空间，则结构体的大小为12

![6b06f93b0917484498edbff5d19cfdab.png][]

### 例2 ###

#include <stdio.h>
    
    struct s1
    {
    	char c1;
    	int i;
    	char c2;
    };
    
    struct s2
    {
    	char c;
    	struct s1 s;
    	int i;
    };
    
    int main()
    {
    	printf("%d\n", sizeof(struct s1));//12
    	printf("%d\n", sizeof(struct s2));//20
    	return 0;
    }

计算结果为20

c为char类型，占1个字节，第一个成员放在偏移量为0的位置，（char的对齐数为1）

由例1计算得出s的大小为12，s为结构体类型，对齐到自己的最大对齐数的整数倍处，s中的3个成员分别为char、int、char类型，最大对齐数为4，因此s对齐到偏移量为4的地址空间处。

i为int类型，对齐数为4，因此对齐到偏移量为16的地址空间处。

此时已经使用20个字节的空间，结构体的最大对齐数为4，因此结构体的大小为20

![c378e21a39bb4b73858981b32d592bad.png][]

### 例3 ###

#include <stdio.h>
    
    struct s3
    {
    	char c1;
    	int arr[2];
    	char c2;
    };
    
    int main()
    {
    	printf("%d\n", sizeof(struct s3));//16
    	return 0;
    }

c1为char类型，占1个字节，第一个成员放在偏移量为0的位置，（char的对齐数为1）

arr\[2\]为数组，当出现数组时，对齐数为元素大小与默认对齐数的最小值，arr\[2\]的元素为int类型，对齐数为4，因此对齐到偏移量为4的地址空间处

c2为char类型，占1个字节，1为c2的默认对齐数，因此在arr\[2\]的后面接着存放c2，放在偏移量为12的位置处

![a4a896b1c14c4a5e97a348c0c1ca1958.png][]

## 3.存在内存对齐的原因 ##

### 1.平台原因 ###

并不是所有的硬件平台都可以访问任意地址上的任意数据。某些硬件平台**只能在某些地址处取得某些特定类型的数据**，否则会抛出硬件异常。

### 2.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：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

可以说，**结构体的内存对齐是拿空间换时间**

当在使用结构体时，为了满足对齐，同时节省空间，可**将占用空间小的成员尽量集中在一起**

## 4.修改默认对齐数 ##

结构在对齐方式不合适时，可以自己修改默认对齐数

使用\#pragma预处理指令，可以修改默认对齐数（通常设置为2的次方数）

#include <stdio.h>
    
    #pragma pack(4)//设置默认对齐数为4
    struct s1
    {
    		//  成员大小  默认对齐数  对齐数
    	char c;//  1			4		1
    	double d;//8			4		4
    	int i;//   4			4		4
    };
    #pragma pack()//取消设置的默认对齐数，还原为默认对齐数
    
    struct s2
    {
    	//  成员大小  默认对齐数  对齐数
    	char c;//  1			8		1
    	double d;//8			8		8
    	int i;//   4			8		4
    };
    int main()
    {
    	printf("%d %d", sizeof(struct s1),sizeof(struct s2));
    	return 0;
    }

struct s1

![1bad77398e2a45ca9da42620607cc215.png][]

struct s2

![2b55cd64c8634263bc961d15cd631785.png][]

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