C语言内存地址对齐和位域

C语言结构体内存对齐详解

最新推荐文章于 2024-10-16 20:05:07 发布

原创最新推荐文章于 2024-10-16 20:05:07 发布 · 337 阅读

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本文深入探讨C语言中结构体的内存对齐原理，解析不同对齐方式（如#pragmapack(8)和#pragmapack(4)）对结构体成员变量布局的影响，以及如何计算结构体的大小。通过具体代码示例，阐述了结构体成员变量在内存中的排列规律，包括位域的使用和对其大小的影响。

#pragma pack(8)
int main()
{
	struct data
	{
		int dog;			
		double cat;
		int cow;
	} too;
printf("%d\n", sizeof(struct data));
return 0;
}

首先

#pragma pack(8)

代表该文件强制执行8位对齐，可以看出总共占用了24个内存（字节Byte）大小

dog	dog	dog	dog	null	null	null	null
cat	cat	cat	cat	cat	cat	cat	cat
cow	cow	cow	cow	null	null	null	null

#pragma pack(4)

代表该文件强制执行4位对齐，可以看出总共占用了16个内存（字节Byte）大小

dog	dog	dog	dog
cat	cat	cat	cat
cat	cat	cat	cat
cow	cow	cow	cow

若是不加#pragma pack(4)则会以字节最长的类型来确定位数，该结构体最长的是double，8位。

其次

#pragma pack(8)
int main()
{
	struct data
	{
		int dog;			
		int cat;
		int cow;
	} too;
printf("%d\n", sizeof(struct data));
return 0;
}

dog	dog	dog	dog
cat	cat	cat	cat
cow	cow	cow	cow

此时虽然定义了#pragma pack(8)，但是该结构体最大的字节类型是int，所以实际是4字节对齐，最终结果是12（字节Byte）.

int main()
{
	struct data
	{
		char a;			
		short b;
		int c;
		char d;
		long long e;
	} too;
printf("%d\n", sizeof(struct data));
return 0;
}

注意：该表格第一列的数据为序号，并非有效数据

0	1	2	3	4	5	6	7
a	null	b	b	c	c	c	c
d	null	null	null	null	null	null	null
e	e	e	e	e	e	e	e

该结构体内存分布如下，

因为有long long 类型，所以是8字节对齐；

蓝色的null，说明每个类型的首位地址都是以该类型字节的倍数来定的；

也就是，char 是以1的倍数；short是2的倍数；int是以4的倍数；long long 是以8的倍数，来作为首位地址。

因此short b 要从如图所示位置，作为起始点；long long e 同样道理，总共需要24个内存（字节Byte）大小；

位域

定义等见百科

struct MyStruct
{
    unsigned int a : 31;
    unsigned int b : 2;
    unsigned int c : 31;
}s1;
struct MyStruct
{
    unsigned int a : 30;
    unsigned int b : 2;
    unsigned int c : 31;
}s2;
int main()
{
	printf("s1 = %d\n", sizeof(s1));//12
	printf("s2 = %d\n", sizeof(s2));//8
	return 0;
}

注意在C语言中一个int占4个字节，每个字节是8bit，总共就是32位，
在上面的示例中结构体s1中a是31位，b是2位，相加以后超过了32，
所以b需要占用下一块内存空间，b和c之间同样的关系，
最终需要3个int，结果为12。
而在s2中，a+b为32，刚好等于一个int，故可以共用一个int，
最终需要2个int，结果为8