结构体存储内存对齐

最新推荐文章于 2025-04-24 10:29:58 发布

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转自：解析C语言结构体对齐(内存对齐问题)

结构体对齐原因有很大部分是因为计算机扫描的内存单元个数，也就是数据总线的大小。

原则1：数据成员对齐规则：结构（struct或联合union）的数据成员，第一个数据成员放在offset为0的地方，以后每个数据成员存储的起始位置要从该成员大小的整数倍开始（比如int在32位机为４字节，则要从4的整数倍地址开始存储）。

原则2：结构体作为成员：如果一个结构里有某些结构体成员，则结构体成员要从其内部最大元素大小的整数倍地址开始存储。（structa里存有struct b，b里有char，int，double等元素，那b应该从8的整数倍开始存储。）

原则3：收尾工作：结构体的总大小，也就是sizeof的结果，必须是其内部最大成员的整数倍，不足的要补齐。

这三个原则具体怎样理解呢？我们看下面几个例子，通过实例来加深理解。

    例1：struct{
                 shorta1;
                 shorta2;
                 shorta3;
                }A;

         struct{
                long a1;
                short a2;
                }B;

sizeof(A)= 6; 这个很好理解，三个short都为2。

sizeof(B)= 8; 这个比是不是比预想的大2个字节？long为4，short为2，整个为8，因为原则3。

    例2：structA{
                 inta;
                 charb;
                 shortc;
                 };

         structB{
                 charb;
                 inta;
                 shortc;
                 };

sizeof(A) = 8; int为4，char为1，short为2，这里用到了原则1和原则3。

sizeof(B) = 12; 是否超出预想范围？char为1，int为4，short为2，怎么会是12？还是原则1和原则3。

深究一下，为什么是这样，我们可以看看内存里的布局情况。

a b c
A的内存布局：1111, 1*, 11

b a c
B的内存布局：1***, 1111, 11**

其中星号*表示填充的字节。A中，b后面为何要补充一个字节？因为c为short，其起始位置要为2的倍数，就是原则1。c的后面没有补充，因为b和c正好占用4个字节，整个A占用空间为4的倍数，也就是最大成员int类型的倍数，所以不用补充。

B中，b是char为1，b后面补充了3个字节，因为a是int为4，根据原则1，起始位置要为4的倍数，所以b后面要补充3个字节。c后面补充两个字节，根据原则3，整个B占用空间要为4的倍数，c后面不补充，整个B的空间为10，不符，所以要补充2个字节。

再看一个结构中含有结构成员的例子：

    例3：structA{
                 int a;
                 double b;
                 float c;
                 };

         structB{
                 char e[2];
                 int f;
                 double   g;
                 short     h;
                 structA   i;
                 };

sizeof(A) = 24;这个比较好理解，int为4，double为8，float为4，总长为8的倍数，补齐，所以整个A为24。

a b c

1111****,11111111,11******

(a占4字节，b占8字节，b开始的位置要是自己的整数倍，所以b要在结构体指针为x%8=0的地方，因为a只占到了4，所以顺延的第一个适合的位置为8，b的起始位置为8，前面补齐；c为4，开始位置要在x%4=0的位置，前面为16位，指针位置15，第16位为顺延的第一个合适位置，所以c开始位置为16，又因为结构体大小是整个结构体最大元素长度的整数倍，所以c的后面要补齐6位（个人见解 *——*））

sizeof(B) = 48; 看看B的内存布局。

e f g h i
B的内存布局：11* *,1111, 11111111, 11 * * * * **,1111* * * *, 11111111, 1111 * * * *

省略宏与结构体中含位域字段两种情况说明，祥见原文。

考虑一个问题，为什么要设计内存对齐的处理方式呢？如果体系结构是不对齐的，成员将会一个挨一个存储，显然对齐更浪费了空间。那么为什么要使用对齐呢？体系结构的对齐和不对齐，是在时间和空间上的一个权衡。对齐节省了时间。假设一个体系结构的字长为w，那么它同时就假设了在这种体系结构上对宽度为w的数据的处理最频繁也是最重要的。它的设计也是从优先提高对w位数据操作的效率来考虑的。有兴趣的可以google一下，人家就可以跟你解释的，一大堆的道理。

最后顺便提一点，在设计结构体的时候，一般会尊照一个习惯，就是把占用空间小的类型排在前面，占用空间大的类型排在后面，这样可以相对节约一些对齐空间。