c语言中:结构体的内存分配

本文详细解析了结构体对齐的基本原则,包括结构体成员的偏移量必须符合特定的整数倍要求,以及如何通过编译器的填充字节确保结构体总大小为最宽基本类型成员大小的整数倍。

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字节对齐的细节和编译器实现相关,但一般而言,满足三个准则:

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节(internal adding);

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)。


对于上面的准则,有几点需要说明:
1) 前面不是说结构体成员的地址是其大小的整数倍,怎么又说到偏移量了呢?因为有了第1点存在,所以我们就可以只考虑成员的偏移量,这样思考起来简单。想想为什么。结构体某个成员相对于结构体首地址的偏移量可以通过宏offsetof()来获得,这个宏也在stddef.h中定义,如下:
#define offsetof(s,m) (size_t)&(((s *)0)->m)
例如,想要获得S2中c的偏移量,方法为size_t pos = offsetof(S2, c);// pos等于4

2) 基本类型是指前面提到的像char、short、int、float、double这样的内置数据类型,这里所说的“数据宽度”就是指其sizeof的大小。由于结构体的成员可以是复合类型,比如另外一个结构体,所以在寻找最宽基本类型成员时,应当包括复合类型成员的子成员,而不是把复合成员看成是一个整体。但在确定复合类型成员的偏移位置时则是将复合类型作为整体看待。

例题:

struct para { char num; int buf; int addr; }x; y=&(((struct para *)0)->addr) 请问y的值是多少? 

Char 偏移量必须为sizeof(char)即1的倍数
Short 偏移量必须为sizeof(short)即2的倍数
int 偏移量必须为sizeof(int)即4的倍数
float 偏移量必须为sizeof(float)即4的倍数
double  偏移量必须为sizeof(double)即8的倍数
分配的控件必须是宽度最大类型的整数倍,也就是说int 4的整数倍,
编译器在分配的时候会为结构体填充不足的内存,拿你的例子来说
char应该是1,但是最大宽度的类型是int 所以要给char填充3。
num的偏移是0,buf的偏移是4,所以addr的偏移是8.
32位机子处理4字节为单位的数据最快,所以在设计时,对不是4字节倍数的变量自动向后扩展,占用4字节倍数的空间。

所以,&(((struct para *)0)->num) 肯定是0,即起始地址是0。虽然是char类型,但 任然 占用4字节,即占用0, 1, 2, 3四个字节,其中1, 2, 3三个字节不使用
&(((struct para *)0)->buf) 是4
&(((struct para *)0)->addr) 是8

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