C语言中结构体大小计算即存储分配

本文详细介绍了C语言中结构体大小的计算方法,包括成员偏移量的概念、地址对齐的原则及其对结构体大小的影响。并通过具体实例展示了不同类型成员组合下的结构体大小计算过程。

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C语言中结构体大小计算即存储分配

C语言中常用预定义的数据类型:

类型:         char short int long float double (long double)

大小(字节数):

  gcc3.2.2: 1      2    4   4     4     8      12

  Visual C++:1      2    4   4     4     8      8

ARM架构下被访问的变量大小形式可以为32位(字)、16位(半字)、8位(字节),当然,还有bit原子位操作。

typedef signed long  s32;
typedef signed short s16;
typedef signed char  s8;

typedef unsigned long  u32;
typedef unsigned short u16;
typedef unsigned char  u8;

定义一个结构体类型的时候(这里是定义结构体类型struct StrucTypeDef,不是定义一个结构体变量struct StrucTypeDef stru1或者结构体指针struct StrucTypeDef *stru2)并没有分配实际的地址空间(定义结构体变量在编译链接过程中给了实际地址,而结构体指针要显式的用malloc等形式申请栈内地址),通俗的说就是定义类型是没有实际分配空间的,而定义变量的时候会分配空间。

以下内容编辑前转自http://blog.youkuaiyun.com/lichunming83/archive/2009/10/31/4752818.aspx

Win32平台下的微软C编译器(cl.exe for 80×86)的对齐策略:

1) 结构体变量的首地址是其最长基本类型成员的整数倍;

备注:编译器在给结构体开辟空间时,首先找到结构体中最宽的基本数据类型,然后寻找内存地址能是该基本数据类型的整倍的位置,作为结构体的首地址。将这个最宽的基本数据类型的大小作为上面介绍的对齐模数。

2) 结构体每个成员相对于结构体首地址的偏移量(offset)都是成员大小的整数倍,如有需要编译器会在成员之间加上填充字节(internal adding);

备注:为结构体的一个成员开辟空间之前,编译器首先检查预开辟空间的首地址相对于结构体首地址的偏移是否是本成员的整数倍,若是,则存放本成员,反之,则在本成员和上一个成员之间填充一定的字节,以达到整数倍的要求,也就是将预开辟空间的首地址后移几个字节。

3) 结构体的总大小为结构体最宽基本类型成员大小的整数倍,如有需要,编译器会在最末一个成员之后加上填充字节(trailing padding)。

备注:结构体总大小是包括填充字节,最后一个成员满足上面两条以外,还必须满足第三条,否则就必须在最后填充几个字节以达到本条要求。

 4) 结构体内类型相同的连续元素将在连续的空间内,和数组一样。

5) 如果结构体内存在长度大于处理器位数的元素,那么就以处理器的倍数为对齐单位;否则,如果结构体内的元素的长度都小于处理器的倍数的时候,便以结构体里面最长的数据元素为对齐单位。

 

以下内容编辑前转自http://www.dzsc.com/data/html/2009-6-4/76676.html

运算符sizeof可以计算出给定类型的大小,对于32位系统来说,sizeof(char) = 1; sizeof(int) = 4。基本数据类型的大小很好计算,我们来看一下如何计算构造数据类型的大小。

  C语言中的构造数据类型有三种:数组、结构体和共用体。

  数组是相同类型的元素的集合,只要会计算单个元素的大小,整个数组所占空间等于基础元素大小乘上元素的个数。

  结构体中的成员可以是不同的数据类型,成员按照定义时的顺序依次存储在连续的内存空间。和数组不一样的是,结构体的大小不是所有成员大小简单的相加,需要考虑到系统在存储结构体变量时的地址对齐问题。看下面这样的一个结构体:

  struct stu1

  {

  int i;

  char c;

  int j;

  };

  先介绍一个相关的概念——偏移量。偏移量指的是结构体变量中成员的地址和结构体变量地址 的差。结构体大小等于最后一个成员的偏移量加上最后一个成员的大小。显然,结构体变量中第一个成员的地址就是结构体变量的首地址。因此,第一个成员i的偏 移量为0。第二个成员c的偏移量是第一个成员的偏移量加上第一个成员的大小(0+4),其值为4;第三个成员j的偏移量是第二个成员的偏移量加上第二个成 员的大小(4+1),其值为5。

  实际上,由于存储变量时地址对齐的要求,编译器在编译程序时会遵循两条原则:一、结构体变量中成员的偏移量必须是成员大小的整数倍(0被认为是任何数的整数倍) 二、结构体大小必须是所有成员大小的整数倍。

  对照第一条,上面的例子中前两个成员的偏移量都满足要求,但第三个成员的偏移量为5,并不是自身(int)大小的整数倍。编译器在处理时会在第二个成员后面补上3个空字节,使得第三个成员的偏移量变成8。

  对照第二条,结构体大小等于最后一个成员的偏移量加上其大小,上面的例子中计算出来的大小为12,满足要求。

  再看一个满足第一条,不满足第二条的情况

  struct stu2

  {

  int k;

  short t;

  };

  成员k的偏移量为0;成员t的偏移量为4,都不需要调整。但计算出来的大小为6,显然不 是成员k大小的整数倍。因此,编译器会在成员t后面补上2个字节,使得结构体的大小变成8从而满足第二个要求。由此可见,大家在定义结构体类型时需要考虑 到字节对齐的情况,不同的顺序会影响到结构体的大小。对比下面两种定义顺序

  struct stu3

  {

  char c1;

  int i;

  char c2;

  }

  struct stu4

  {

  char c1;

  char c2;

  int i;

  }

  虽然结构体stu3和stu4中成员都一样,但sizeof(struct stu3)的值为12而sizeof(struct stu4)的值为8。

  如果结构体中的成员又是另外一种结构体类型时应该怎么计算呢?只需把其展开即可。但有一点需要注意,展开后的结构体的第一个成员的偏移量应当是被展开的结构体中最大的成员的整数倍。看下面的例子:

  struct stu5

  {

  short i;

  struct

  {

  char c;

  int j;

  } ss;

  int k;

  }

  结构体stu5的成员ss.c的偏移量应该是4,而不是2。整个结构体大小应该是16。

  如何给结构体变量分配空间由编译器决定,以上情况针对的是Linux下的GCC。其他平台的C编译器可能会有不同的处理。


<think>我们正在讨论C语言结构体的定义方法。根据引用内容,结构体是用于存储个不同类型数据的集合体。定义结构体的基本语法是使用`struct`关键字。引用[1]提到:结构体能够将复杂数据抽象成一个整体。引用[2]展示了定义结构体的同时定义变量的方法。引用[3]提到了匿名结构体结构体自引用。引用[4]则指出结构体是聚合数据类型。定义结构体的一般步骤:1.使用`struct`关键字定义结构体类型。2.在结构体内部定义成员(变量)。常见的定义结构体的方式有几种:方式1:先定义结构体类型,再定义变量。方式2:定义结构体类型的同时定义变量。方式3:使用typedef为结构体类型定义别名。下面我们具体说明:方式1:先定义结构体类型,再定义变量。struct结构体名{成员列表;};然后使用:struct结构体名变量名;方式2:定义结构体类型的同时定义变量。struct结构体名{成员列表;}变量1,变量2,...;方式3:使用typedef定义结构体别名(这样在定义变量时可以省略struct关键字)。typedefstruct结构体名{成员列表;}别名;然后使用:别名变量名;另外,还有一种匿名结构体的定义方式(引用[3]提到),但匿名结构体只能在使用的同时定义变量,因为没有类型名,所以后续无法再定义变量。示例代码:方式1示例:structStudent{charname[20];intage;};structStudentstu1;//定义结构体变量方式2示例:structStudent{charname[20];intage;}stu1,stu2;//同时定义两个变量方式3示例(使用typedef):typedefstruct{charname[20];intage;}Student;//这里Student是结构体类型的别名Studentstu1;//用别名定义变量注意:在方式3中,我们省略了结构体名(也可以不省略)。如果省略结构体名,则称为匿名结构体,但这里通过typedef赋予了别名,所以可以通过别名来定义变量。引用[3]还提到了结构体自引用,即结构体中包含指向自己类型的指针成员,这在链表等数据结构中常见。例如:structNode{intdata;structNode*next;};或者使用typedef:typedefstructNode{intdata;structNode*next;}Node;在自引用时,结构体内部必须使用结构体标签(如structNode)来定义指针,因为此时别名Node还未定义完成。总结:定义结构体主要有三种常用方式,以及匿名结构体的使用(需注意其限制)。根据实际需求选择合适的方式。根据用户的问题“请问C语言如何定义结构体”,我们给出以上解释。接下来,按照要求生成相关问题。</think>### C语言结构体定义方法详解 在C语言中,结构体struct)是一种将个不同类型数据组合成单一实体的复合数据类型。定义结构体主要有以下三种方式: #### 1. **标准定义法**(最常用) ```c struct 结构体名 { 数据类型 成员1; 数据类型 成员2; // ... }; ``` **使用示例**: ```c struct Student { char name[20]; int age; float score; }; // 注意分号 // 定义变量 struct Student stu1; ``` #### 2. **定义时声明变量法** ```c struct 结构体名 { 成员列表; } 变量1, 变量2; // 同时声明变量 ``` **使用示例**: ```c struct Point { int x; int y; } p1, p2; // 直接定义变量p1, p2 // 可继续定义新变量 struct Point p3; ``` #### 3. **typedef别名法**(简化代码) ```c typedef struct { 成员列表; } 类型别名; ``` **使用示例**: ```c typedef struct { char title[50]; int pages; } Book; // Book成为新类型名 // 直接使用别名定义 Book b1, b2; ``` #### 🚨 关键注意事项: 1. **内存对齐**:结构体大小可能于成员总和(因内存对齐规则)[^3] 2. **自引用**:结构体包含自身指针时需用标签名 ```c struct Node { int data; struct Node* next; // 必须用struct Node }; ``` 3. **匿名结构体**:仅能定义一次变量(引用[3]) ```c struct { int a; char b; } x; // x是唯一变量 ``` > 实际应用:结构体广泛用于数据库记录、硬件寄存器映射、链表/树节点等场景[^1][^4]。例如定义学生管理系统: > ```c > typedef struct { > char id[10]; > char name[20]; > float gpa; > } Student; > > Student class[50]; // 学生数组 > ``` --- ### 相关问题 1. **结构体成员访问有哪两种运算符?它们的区别是什么?** 2. **如何计算结构体占用的内存大小?内存对齐规则如何影响计算结果?** 3. **结构体作为函数参数传递时,值传递和指针传递有何性能差异?** 4. **C11标准新增的匿名结构体成员有什么特殊用途?** 5. **结构体与联合体(union)在内存分配上有何本质区别?** [^1]: 结构体将复杂数据抽象成整体,提高可读性和可维护性 [^2]: 定义结构体时可同时声明变量 [^3]: 匿名结构体成员一致但被视为不同类型 [^4]: 结构体是聚合数据类型,可包含不同类型的成员
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