简单链表结点与头指针内存分析

问题描述

问题一：今天在学习数据结构——链表的过程中，突然想搞明白一下，简单链表，它一个结点占据多大内存啊。

typedef struct linkednode
{
	int data;  
	struct linkednode * next; 
} snode, *ptr; 

ptr head; 

问题二：另外，还有菜鸡的我心中一直有一个疑问，头指针head，它占据多大内存啊，是和一个结点一样大的内存吗？还是只是一个指针所占据的内存大小啊。

结论

首先问题一，结点用的是结构体定义，结构体所占据内存的计算，要满足一个内存对齐原理，所以计算结点所占据的内存，要在对齐原理的前提下，进行计算。我的系统是64位的，用的编译器是Dev C++，我一个结点占据的内存是16字节。

然后问题二，头指针head，是一个指针变量，所有的指针变量在我这里，占据的内存都是8字节，不是和结点一样大的内存。它只是一个指针变量，这个变量head指向一个内存占16字节的结点。

typedef struct linkednode  //16字节
{
	int data; //值域 8，int是4，但是由于对齐原理，它是占8 
	struct linkednode * next; //链域 8
} snode, *ptr; 

ptr head; //指针变量，占8

分析

背景

运行环境

操作系统为win10 64位，编译器是Dev C++

内存对齐原理

这是因为为了CPU能够快速的访问，提高访问效率，变量的起始地址应该具有某些特性，这就是所谓的“对齐”。比如这里4字节的int型变量，那他的起始地址应该在4字节的边界上，即起始地址可以被4整除。

内存对齐的规则：

• 起始地址为该变量的类型所占的整数倍，若不足则不足部分用数据填充至所占内存的整数倍。
• 该结构体所占内存为结构体成员变量中最大数据类型的整数倍。

因此上面的结构体中int data占4字节，而*next这个指针变量占8字节，现在共占12字节，但由于内存对齐原理，因为起始字节要为*next 八字节的整数倍，因此从8字节算起，现在共16字节，最后再看一下16是否为结构体成员变量中最大数据类型，16是8的整数倍，所以是16字节。有图表示为：

data.1	data.2	data.3	data.4	空	空	空	空
*next.1	*next.2	*next.3	*next.4	*next.5	*next.6	*next.7	*next.8

以上就是计算结构体的规则，一定要保证两条规则同时满足才是正确的。

验证

#include <iostream>

using namespace std;

typedef struct linkednode
{
	int data; //值域 8，原本是4，但是由于对齐原理，它是占8 
	struct linkednode * next; //链域 8
} snode, *ptr; 


int main(int argc, char** argv) {
	
	ptr head; //定义头指针 
	head = NULL; 
	
	cout << "int size is " << sizeof(int) << endl; //整型int占据内存：4字节 
	cout << "snode size is " << sizeof(snode) << endl; //创建的结点snode占据内存：16字节 
	cout << "ptr size is " << sizeof(ptr) << endl; 
	cout << "head size is " << sizeof(head) << endl; //头指针占据内存：8字节 
	
	cout << endl;
		
	return 0;
}

总结

问题一，没有考虑到内存对齐原理

问题二，好傻的一个问题，这不明显head是一个指针变量吗，指针变量当然就是存储在指针变量该待的一个小房间里嘛，还想跑到人家结点的大房间里，人间结点可是有两个卧室的人啊，一个卧室装数据，一个卧室装指针。你个小小的head指针变量，只配住在你小小的指针变量房间里。

参考资料

[1] bigbee2333. 结构体在内存中占用的空间. 优快云博客. 2018. https://blog.youkuaiyun.com/weixin_41666244/article/details/80552012