struct 的长度对齐

结构体的sizeof的值并不是简单的将其中各个元素所占的字节相加,而是要考虑到存储空间的字节对齐问题

结构体默认的字节对齐准则:

1.           结构体变量的首地址能够被其最宽基本类型成员的大小所整除;

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符;

3.           结构体的总大小为结构体最宽基本类型成员大小和编译器缺省対界条件大小中比较小得那个值的整数倍,如有需要编译器会在最后一个成员之后加上填充字节;

 结构体长度的求法:

A.     成员都相同时(或含数组且数组数据类型同结构体其他成员数据类型)

结构体长度=成员数据类型长度*成员个数;

结构体中数组长度=数组数据类型长度*数组元素个数;

B.     成员不同

第一步: 结构体的首地址有系统自动分配我们不予考虑

第二步:计算第一个成员变量的大小

第三步:计算第二个成员变量的大小,此时要注意此成员变量的偏移量(距离结构体首地址的长度)要保证是此变量大小的整数倍,如果不够则补空位;

依次计算所有成员变量,并求和。

第四步:选出所有成员变量中长度最长的变量的值,此时要保证总和是此变量长度的整数倍。如果不是则在最后面补空位

注意:结构体作为成员时,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。

 

例题一、

struct  test1

{

char a;

int  b;

double c;

bool d;

};

sizeoftest1)值为24

内存结构为 1***  1111  11111111  1*******(其中*为补空位)

例题二、

struct  test2

{

         char a;

         struct test1  bb;

         int  c;

};

sizeof(test2)的值为40

首先求a大小为1,在求bb时我们需要考虑偏移量,此时我们使用的bb的对比值并不是24而是test1中的最长值8,因此在字符a后需要补空位7

然后加上bb长度24

再计算c并加上其长度4.此时一共长36.

最后我们要注意原则中的第三条。在test2中最长的是结构体类型bb中的double,故总长度应该是8的整数倍。所以最后补位4位,得到40

内存结构为 1********  1***  1111  11111111  1******* 1111****(其中*为补空位)

例题三、

Struct test3

{

         Char  a;

         Int b[4];

};

此时计算sizeoftest3)为20

 

内存结构为1***  1111 1111 1111 1111

### C/C++ 中 `typedef struct` 和字节对齐规则 #### 1. `typedef struct` 的基本用法 在 C/C++ 编程中,`typedef struct` 是一种常用的方式用于简化结构体的声明和使用。通过 `typedef` 关键字,可以为结构体定义一个新的类型名称,从而避免每次创建结构体实例时都需要显式地写上 `struct` 关键字。 例如: ```c typedef struct { char name[24]; int student_id; } Student; // 使用 typedef 后可以直接声明结构体变量而无需加 struct Student stu1; ``` 这种方式不仅提高了代码可读性,还减少了冗余输入[^1]。 --- #### 2. 字节对齐的概念及其作用 字节对齐是指为了提高内存访问效率,编译器会按照一定的规则调整数据存储位置,使得某些特定的数据类型能够被放置到其自然边界地址上。这通常由硬件架构决定,并且会影响程序运行性能以及最终生成的目标文件大小。 对于大多数 GCC 编译器,默认情况下使用的 pragma pack 值为 8 字节,这意味着除非另有说明,否则所有的结构体会基于此标准来进行布局优化处理[^2]。 --- #### 3. 默认字节对齐规则分析 当未指定任何特殊的打包指令 (`#pragma pack`) 时,遵循如下原则: - **单个字段对齐**: 每一成员项都会依据自身的尺寸大小自动选取合适的偏移量; - **整体结构调整**: 整个记录结束之后还需要满足整个对象占据的空间必须是其中最大组件宽度的一个整数倍数。 具体例子见下述代码片段解释部分: ```c #include <stdio.h> #pragma pack(push, 8) // 设置当前环境下的对齐方式为8字节 typedef struct { short a; // sizeof(short)=2 -> 对应于第一个槽位 [0..1] // 额外填充两个字节至下一有效起始点 [2..3] double b; // sizeof(double)=8 -> 开始于下一个可用八字节界限处 [8..15] int c; // sizeof(int)=4 -> 落入紧随前者的十六字节区域范围内 [16..19] // 此后再次补充三个零值填补剩余容量直至完成全部分配过程 [20..23] }sB; int main(){ printf("Sizeof(sB): %zu\n", sizeof(sB)); // 结果应该是24 bytes. } ``` 上述示例展示了如何计算具有不同长度属性组合而成的新复合型态的实际需求单位数量[^2]. --- #### 4. 自定义字节对齐设置 (#pragma pack) 开发人员也可以利用预处理器命令来自行设定所需的紧凑程度级别。比如下面的例子演示了改变默认行为后的效果差异对比情况: ```c #pragma pack(4) typedef struct{ short a; // 占据四个连续的位置 [0..3], 实际只用了两位 // 不再额外增加其他空白间隔来达到更高的匹配度要求 double b; // 继续沿用之前留下来的空隙继续填满直到符合新的四字节准则为止 [4..11] int c; // 接着上面已经整理好的序列往后延续即可 [12..15] }sB4; printf("Sizeof(sB4): %zu\n", sizeof(sB4)); // 应该返回的是16 Bytes. #pragma pack(pop) // 恢复原始状态配置 ``` 这里我们看到即使内部存在较大跨度的对象也不会因为外部强制定制而导致不必要的扩展现象发生[^3]^. --- #### 5. 取消字节对齐的应用场景 有时候出于特殊目的考虑——像网络通信包头解析或者嵌入式设备驱动设计等领域当中,则更倾向于完全关闭此类机制以便精确控制每一个比特位的具体分布状况。此时可通过如下方法实现绝对意义上的无间隙排列形式: ```c #pragma pack(1) typedef struct { char ch; // 单字符占一位 [0] // 立刻接着前面那个紧接着安排下去 [1..4] int size; char str[10]; // 连续十个单元格挨在一起摆放 [5..14] }test_t; #pragma pack() test_t mytest = { 'A', 100, {'H','e','l','l','o'} }; ESP_LOGW(TAG,"Struct Size:%d",sizeof(mytest)); ESP_LOG_BUFFER_HEX(TAG,(uint8_t*)&mytest,sizeof(mytest)); ``` 这样做的好处在于最大限度节省资源消耗的同时还能保持较高的灵活性适应各种复杂条件约束下的操作需求[^3]^. --- #### 总结 综上所述,在实际项目开发过程中合理运用这些技巧可以帮助开发者更好地管理应用程序内的各类实体间的关系链路关系图谱,进而提升整体解决方案的质量水平。
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