结构体内存对齐详解

📖1. 为什么要内存对齐

大部分资料是这样说的:

  1. 平台原因

    不是所有的硬件平台都能访问到任意地址上的任意数据的;某些硬件平台只能在某些地址处取某些特定类型的数据,否则抛出硬件异常

  2. 性能原因

    数据结构(尤其是栈)应该尽可能在自然边界上对齐,原因在于:为了访问未对齐的内存,处理器需要做两次访问,而对齐的内存仅需要一次访问.

    有如下结构体:

    struct S
    {
        char c;
        int i;
    };
    

image-20221116141655152

总体来说:结构体的内存对齐是拿空间来换取时间的做法

📖2. 如何计算结构体的大小

首先得掌握结构体的对齐规则:

  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大小的较小值

    • VS下默认对齐数为8
  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.

下面举几个例子计算:

struct S1
{
    char c1;
    int i;
    char c2;
};

image-20221117001159917

最终S1结构体的总大小为12字节

struct S2
{
    char c1;
    char c2;
    int i;
};

image-20221117001521919

所以S2最终大小为8字节

struct S3
{
    double d;
    char c;
    int i;
};

image-20221117001733114

所以S3最终大小为16字节

struct S4
{
    char c1;
    struct S3 s3;
    double d;
};

image-20221117002530795

所以最终s4大小为32字节

在设计结构体的时候,我们既要满足内存对齐,又要节省空间做法:让占用空间小的成员尽量集中在一起.

📖3. 修改默认对齐数

#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

📖4. offset宏的实现

#define OFFSETOF(s_name, m_name) (int)&(((s_name*)0)->m_name)
struct S
{
	double d;
	char c;
	int i;
};

int main()
{
	printf("%d\n", OFFSETOF(S, c));

	return 0;
}
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