结构体的内存对齐

结构体的内存对齐规则:
1.第一个成员在与结构体变量偏移量为0的地址处
2.其他成员变量要对齐到某个数字(对齐数)的整数倍的地址处

对齐数 = 编译器默认的一个对齐数与该成员的较小值

VS中默认的值为8
Linux中的默认值为4

3.结构体总大小为最大对齐数(每个成员变量都有一个对齐数)的整数倍
4.如果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

#include<stdio.h>

struct S
{
	char c1;
	int i;
	char c2;
};
int main()
{
	struct S s = { 0 };
	printf("%p\n", &s);
	printf("%p\n", &(s.c1));
	printf("%p\n", &(s.i));
	printf("%p\n", &(s.c2));
	return 0;
}

运行结果:
在这里插入图片描述

解析:
在这里插入图片描述
char为一个字节,int为4个字节
首先将char c1放到某一地址处,占用一个字节,现在可用偏移为1偏移;然后存放 int i,1不是对齐数4 的整数倍,所以向后继续偏移一直到4,4是对齐数的整数倍,所以将int i放到偏移量为4的位置,整形占4个字节,现在可用偏移为8偏移;最后存放cahr c2,char类型的对齐数1,占一个字节,现在可用偏移为9偏移;因为结构体总大小为最大对齐数的整数倍,所以要再往后偏移3个字节,所以结构体的总大小为12个字节

### C/C++ 中结构体内存对齐方式、规则及控制 #### 结构体内存对齐的概念 在C/C++编程语言中,为了提高访问速度,编译器会对数据类型的存储位置施加一定的约束条件,即所谓的“内存对齐”。这种机制确保特定的数据类型被放置到地址能够被其大小整除的位置上。 #### 默认情况下结构体成员变量之间的填充原则 当定义一个结构体时,默认的对齐方式会遵循如下几个要点: - **基本单位**:每个平台都有自己的自然边界长度(通常是处理器字长),比如常见的有4字节或8字节。 - **最大成员尺寸**:整个结构体会按照其中最大的成员所要求的对齐方式进行整体对齐[^1]。 - **内部填充**:为了让各个字段之间也保持良好的性能,在两个相邻的不同类型成员间可能会插入一些额外的空间作为填充区域;这些填充区的存在是为了使下一个成员可以位于合适的偏移量处[^3]。 #### 使用 `#pragma pack` 修改默认行为 通过预处理指令`#pragma pack(n)`可改变当前文件内的所有后续声明对象的最大允许对齐值为n个字节。这会影响新创建的所有复合类型及其嵌套成分直到遇到另一个相同形式但参数为空括号(`()`卡) 的命令为止恢复先前状态。例如给定代码片段展示了如何利用该特性调整不同版本下S1和S2这两个结构体的实际占用空间大小差异: ```cpp #include <stdio.h> #pragma pack(8)// 设置默认对齐数为8 struct S1 { char c1; int i; char c2; }; #pragma pack()// 取消设置的默认对齐数,还原为默认 #pragma pack(1)// 设置默认对齐数为1 struct S2 { char c1; int i; char c2; }; #pragma pack()// 取消设置的默认对齐数,还原为默认 int main(){ printf("%d\n", sizeof(struct S1)); printf("%d\n", sizeof(struct S2)); return 0; } ``` 上述例子中,对于64位系统而言,如果未指定任何特殊的打包选项,则由于存在必要的填充以实现最佳缓存行利用率等原因,`sizeof(S1)`可能大于预期值而接近于12甚至更多取决于具体环境配置情况;相反地,一旦强制设定了紧凑模式(如这里采用的是最极端情形之一——单字节对齐),那么即使牺牲了一部分读写效率也会尽可能减少总开销至最小限度内,因此此时`sizeof(S2)=6`。 #### 设计优化建议 考虑到实际应用需求与资源消耗间的平衡关系,合理规划各属性顺序不失为一种有效的手段。通常来讲应该优先考虑将那些具有较小粒度的对象聚集起来放在前面,随后再排列较大规模者,以此达到既符合标准又节约成本的目的。
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