引言：

當(dāng)我們對計算結(jié)構(gòu)體一無所知，我們不妨自己思索如何計算，是不是直接計算結(jié)構(gòu)體成員變量占用內(nèi)存的大小呢？

那我們先舉個例子

struct s1
{
	int i;
	char a;
	char b;
};
struct s2
{
	char a;
	int i;
	char b;
};
int main()
{
	printf("%d\n", sizeof(struct s1));
	printf("%d\n", sizeof(struct s2));
	return 0;
}

觀察發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)體的大小計算跟我們想的很不一樣。

不應(yīng)該是兩個char類型，一個int類型，2*1+4答案不應(yīng)該是6嗎？

上面兩個結(jié)構(gòu)體內(nèi)容是一樣的，只有順序不一樣，為何計算結(jié)果不一樣呢？

我們就帶著以上的疑問去探索！

一、計算偏移量

我們要研究明白結(jié)構(gòu)體的成員列表在內(nèi)存中到底是如何存儲的，首先要知道結(jié)構(gòu)體的各個成員變量在內(nèi)存中相較于起始位置的偏移量。這時候要引用到offsetof，這個宏可以計算結(jié)構(gòu)體成員相較于結(jié)構(gòu)體起始位置的偏移量。

使用宏offsetof

 如何使用宏offsetof？

首先有頭文件：#include<stddef.h>

參數(shù)是類型，和成員名，返回值就是結(jié)構(gòu)體成員相較于結(jié)構(gòu)體起始位置的偏移量。

我們先試著打印下s2各個成員關(guān)于結(jié)構(gòu)體起始位置的偏移量。

發(fā)現(xiàn)結(jié)果是0、4、8，我們可以畫一張內(nèi)存圖進(jìn)行理解。

如圖所示，根據(jù)offsetof我們可以得到這樣的內(nèi)存存儲模式，但是這樣一共也就9個字節(jié)，后面的3個字節(jié)從何而來？中間多出來的3個字節(jié)又從何而來？

我們繼續(xù)探索。

結(jié)構(gòu)體到底如何計算？

二、結(jié)構(gòu)體的對齊規(guī)則

我們經(jīng)過上面的分析，發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)體成員不是按照順序在內(nèi)存中連續(xù)存放的，而是有一定的對齊規(guī)則，接下來我們就研究結(jié)構(gòu)體的內(nèi)存規(guī)則。

• 結(jié)構(gòu)體的第一個成員永遠(yuǎn)放在相較于結(jié)構(gòu)體變量的起始未知的偏移量為0的位置
• 從第二個成員開始，往后的每個成員都要對齊到某個對齊數(shù)的整數(shù)倍處。（對齊數(shù)：結(jié)構(gòu)體成員自身大小和默認(rèn)對齊數(shù)的較小值）VS上默認(rèn)對齊數(shù)是8，gcc沒有默認(rèn)對齊數(shù)，對齊數(shù)就是變量本身的大小。
• 結(jié)構(gòu)體的總大小，必須是最大對齊數(shù)的整數(shù)倍，最大對齊數(shù)是：所有成員的對齊數(shù)中最大的值
• 如果嵌套了結(jié)構(gòu)體的情況，嵌套的結(jié)構(gòu)體對齊到自己的最大對齊數(shù)的整數(shù)倍處，結(jié)構(gòu)體的整體大小就是所有最大對齊數(shù)（含嵌套結(jié)構(gòu)體的對齊數(shù)）的整數(shù)倍。

三、總結(jié)計算方法

我們首先要知道結(jié)構(gòu)體變量成員的自身字節(jié)大小，然后去尋找對齊數(shù)，對齊數(shù)的尋找方法就是將自身字節(jié)大小和默認(rèn)對齊數(shù)比較，取較小值，這樣先找到對齊數(shù)，然后根據(jù)自身的字節(jié)大小去填充，就完成了成員在內(nèi)存中的存儲，最后在所有的成員已經(jīng)結(jié)束存儲，再計算最大對齊數(shù)（所有成員的對齊數(shù)中最大值），這樣就完成了計算！

我們既然已經(jīng)知道規(guī)則和計算方法，就讓我們小試牛刀一下~

四、練習(xí)

練習(xí)一：

struct s3
{
	double d;
	char c;
	int i;
};
int main()
{
	printf("%d\n", sizeof(struct s3));
	return 0;
}

上面圖片的寫法就是左邊是本身成員變量的字節(jié)大小，右邊是默認(rèn)對齊數(shù)進(jìn)行比較，最后再從對齊數(shù)中找出最大值，就是最大對齊數(shù)，所以最后0~15就是存儲結(jié)構(gòu)體的大小，也就是一共16個字節(jié)

 練習(xí)二：

struct S3
{
	double d;
	char c;
	int i;
};
struct S4
{
	char c1;
	struct S3 s3;
	double d;
};
int main()
{
	printf("%d\n", sizeof(struct S4));
	return 0;
}

上面是嵌套結(jié)構(gòu)體場景，結(jié)構(gòu)體S3本身大小是16，需要對齊到自身最大對齊數(shù)的位置，也就是8，然后double類型的對齊數(shù)是8，最后總字節(jié)大小也滿足最大對齊數(shù)，所以一共32個字節(jié)。

五、為什么存在內(nèi)存對齊？

1、平臺原因

不是所有的硬件平臺都能訪問任意地址上的任意數(shù)據(jù)；某些平臺只能在某些地址處取某些地址處取特定類型的數(shù)據(jù)，否則拋出硬件異常

2、性能原因

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（尤其是棧）應(yīng)該盡可能在自然邊界上對齊。原因在于，為了訪問未對齊的內(nèi)存，處理器需要作兩次內(nèi)存訪問；而對齊的內(nèi)存訪問僅需要一次訪問。

總體來說

結(jié)構(gòu)體的內(nèi)存對齊，就是讓空間換時間。 

TIP：

我們在設(shè)計結(jié)構(gòu)體時，可以人為的節(jié)省空間——讓占用空間小的成員盡量集中在一起。

例如我們之前舉的例子，盡管兩個結(jié)構(gòu)體存的成員變量一樣，但是順序不一樣，結(jié)構(gòu)體內(nèi)存大小也是不同。

六、修改默認(rèn)對齊數(shù)

對，你沒有聽錯，默認(rèn)對齊數(shù)是可以修改滴，當(dāng)我們把默認(rèn)對齊數(shù)修改為1時，結(jié)構(gòu)體的成員變量就是連續(xù)存儲的。代碼如下，計算出來的大小就是4+1+8=13

#pragma pack(1)//修改默認(rèn)對齊數(shù)為1
struct s
{
	int a;
	char b;
	double c;
};
#pragma pack()//修改默認(rèn)對齊數(shù)為默認(rèn)
int main()
{
	printf("%d\n", sizeof(struct s));
	return 0;
}

到此這篇關(guān)于詳解C語言如何計算結(jié)構(gòu)體大小(結(jié)構(gòu)體的內(nèi)存對齊)的文章就介紹到這了,更多相關(guān)C語言計算結(jié)構(gòu)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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