1、結(jié)構(gòu)體內(nèi)存對齊

結(jié)構(gòu)體內(nèi)存對齊在筆試和面試中經(jīng)常被問到，所以做個總結(jié)

通過代碼驗證不同結(jié)構(gòu)體的內(nèi)存大小：

#include <stdio.h>
struct Node1{
    char c1;
    int val1;
    char c2;
};
struct Node2{
    char c1;
    char c2;
    int val1;
};
struct Node3{
    char c1;
    char array[10];
};
struct Node4{
    char val1;
    int arrar[10];
};
int main(){
    printf("Node1 size = %d\n",sizeof(struct Node1));
    printf("Node2 size = %d\n",sizeof(struct Node2));
    printf("Node3 size = %d\n",sizeof(struct Node3));
    printf("Node4 size = %d\n",sizeof(struct Node4));

    return 0;
}

代碼運行結(jié)果為：

通過上述代碼運行結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)Node1和Node2定義了相同個數(shù)的變量，但是Node1的大小為12，Node2的大小為8，這是為什么呢？

這里首先明確兩個概念：對齊數(shù)和最大對齊數(shù)，在結(jié)構(gòu)體中對齊數(shù)就是每個成員類型的大小，如Node1中，對齊數(shù)為{1，4，1}，在數(shù)組中，對齊數(shù)不是數(shù)組的大小，而是數(shù)組成員的大小，所以Node3的對齊數(shù)為{1，1}，Node4的對齊數(shù)為{1，4}。最大對齊數(shù)是對齊數(shù)中的最大值（gcc編譯器），最大對齊數(shù)可能受編譯器的影響，通常編譯器會有編譯器對齊數(shù)，最大對齊數(shù)應(yīng)該是編譯器對齊數(shù)和結(jié)構(gòu)體最大對齊數(shù)中較小值，如VS編譯器對齊數(shù)為8，如果結(jié)構(gòu)體的最大對齊數(shù)為16，那么計算結(jié)構(gòu)體的最大對齊數(shù)應(yīng)該為8。我的編譯器為gcc，所以最大對齊數(shù)為結(jié)構(gòu)體對齊數(shù)中的最大值。

知道最大對齊數(shù)后，就可以計算結(jié)構(gòu)體的大小了，需要明確結(jié)構(gòu)體的大小一定是最大對齊數(shù)的整數(shù)倍。那么Node1和Node2的成員類型是一樣的，為什么Node1的大小為12字節(jié)，Node2的大小為8字節(jié)呢。這是因為結(jié)構(gòu)體內(nèi)存的連續(xù)性，在存儲容量沒有到最大對齊數(shù)的內(nèi)存大小時，只要能夠保存這個成員，結(jié)構(gòu)體就會將該成員變量保存在一個最大對齊樹的內(nèi)存空間內(nèi)。這樣就避免了內(nèi)存的過度浪費。

所以，上述各結(jié)構(gòu)體的內(nèi)存大小計算方式如下：

• sizeof（Node1）= 1 + 3（浪費）+ 4 + 1 + 3（浪費） = 12
• sizeof（Node2）= 1 + 1 + 2（浪費）+ 4 = 8
• sizeof（Node3） = 1 + 1 * 10 = 11
• sizeof（Node4） = 1 + 3（浪費）+ 4 * 10 = 44

那么結(jié)構(gòu)體嵌套結(jié)構(gòu)體的大小應(yīng)該怎么計算呢？舉以下例子：

#include <stdio.h>
struct Node1{
    char c1;
    int val1;
    char c2;
};
struct Node2{
    char c1;
    struct Node1 node;
    double val1;
};

int main(){
    printf("Node1 size = %d\n",sizeof(struct Node1));
    printf("Node2 size = %d\n",sizeof(struct Node2));
    return 0;
}

代碼運行的結(jié)果為：

 可以明確，嵌套結(jié)構(gòu)體的對齊數(shù)為所嵌套結(jié)構(gòu)體的最大對齊數(shù)，所以Node1的對齊數(shù)為{1，4，1}，Node2的對齊數(shù)為{1，4，8}，最大對齊數(shù)分別為4和8，則代碼里兩個結(jié)構(gòu)體的大小計算方式為：

• sizeof（Node1）= 1 + 3（浪費）+ 4 + 1 + 3（浪費） = 12
• sizeof（Node2）= 1 + 7（浪費）+ 12 + 4（浪費）+ 8 = 24

2、共用體的內(nèi)存大小

對于以下共用體，讀取它大小的代碼如下：

#include <stdio.h>

union un1{
    int val;
    char c;
    double d;
};
union un2{
    int val;
    char array[5];
};

int main(){
    printf("un1 size = %d\n",sizeof(union un1));
    printf("un2 size = %d\n",sizeof(union un2));
    return 0;
}

代碼運行結(jié)果為：

 共用體之所以叫共用體，就是因為它的成員變量共享內(nèi)存，既然共享內(nèi)存，那么共用體占用的內(nèi)存空間一定要可以保存內(nèi)存最大的成員類型，而un1的最大內(nèi)存成員為double型，大小為8字節(jié)，所以un1的大小為8字節(jié)，那么un2的內(nèi)存大小為什么不是5呢？這是因為要內(nèi)存對齊，共用體也遵循內(nèi)存對齊原則，un2的最大對齊數(shù)是4，因此un2的大小應(yīng)該是4的整數(shù)倍數(shù)，所以，sizeof（un2）= 8.

3、枚舉的大小

這里順帶提一下枚舉的內(nèi)存大小，代碼驗證如下：

#include <stdio.h>

enum Colour {
    RED,
    GREEN,
    BLUE
};
enum ProgramLanguage {
    python = 0xffffffffff,
    c = 8,
    java
};

int main()
{
    printf("Colour size = %d\n",sizeof(enum Colour));
    printf("ProgramLanguage size = %d\n",sizeof(enum ProgramLanguage));
    return 0;
}

代碼運行結(jié)果為：

 可見枚舉類型的大小是編譯器根據(jù)定義的值自行給定的，實際使用中很少會超出4字節(jié)大小。

到此這篇關(guān)于C++結(jié)構(gòu)體字節(jié)對齊和共用體大小的文章就介紹到這了,更多相關(guān)結(jié)構(gòu)體字節(jié)對齊和共用體大小內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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