【详解】结构体的内存对齐（每步配图） |
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【详解】结构体的内存对齐（每步配图）
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目录 引言： 为什么存在结构体内存对齐? 结构体内存对齐规则： 练习一： 测试代码： 结果如下： 第二个练习：结构体的嵌套问题 测试代码： 代码结果如下： 两个关于结构体的易错点： 第一个易错点： 第二个易错点：结构的⾃引⽤ 解决方法： 结语： 引言：今天我们就要来学习一下考试经常考察的结构体内存对齐问题，相信有很多同学都被这个问题恶心过🤢，不过没有关系今天我会给你们讲清楚的，请各位系好安全带，我们要开始出发啦😃 为什么存在结构体内存对齐?大部分的参考资料都是这样说的： 1. 平台原因 (移植原因)： 不是所有的硬件平台都能访问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)应该尽可能地在自然边界上对齐。原因在于，为了访问未对齐的内存，处理器需要作两次内存访问；而对齐的内存访问仅需要⼀次访问。假设一个处理器总是从内存中取8个字节，则地址必须是8的倍数。如果我们能保证将所有的double类型的数据的地址都对齐成8的倍数，那么就可以用一个内存操作来读或者写值了。否则，我们可能需要执行两次内存访问，因为对象可能被分放在两个8字节内存块中。 总体来说：结构体的内存对齐是拿空间来换取时间的做法。 介绍完原因后，接下来是结构体内存对齐的规则（重中之重，这里一定要弄懂啊！！！） 结构体内存对齐规则：1.结构体的第⼀个成员对⻬到和结构体变量起始位置偏移量为0的地址处 2. 其他成员变量要对⻬到某个数字（对⻬数）的整数倍（0，1，2...）的地址处。 对⻬数=编译器默认的⼀个对⻬数与该成员变量⼤⼩的较⼩值。 - VS 中默认的值为 8 - Linux中 gcc 没有默认对⻬数，对⻬数就是成员⾃⾝的⼤⼩ 3. 结构体总⼤⼩为最⼤对⻬数（结构体中每个成员变量都有⼀个对⻬数，所有对⻬数中最⼤的）的整数倍。 4. 如果嵌套了结构体的情况，嵌套的结构体成员对⻬到⾃⼰的成员中最⼤对⻬数的整数倍处，结构体的整体⼤⼩就是所有最⼤对⻬数（含嵌套结构体中成员的对⻬数）的整数倍。 接下来为了帮助大家理解下面我给出几个实例大家可以自己手算 练习一：
因为c1是char类型1个字符，系统给的对齐数为8，和1相比取小的，c1的对齐数为min（1，8）所以在哪开始都可以，i是int类型4个字节要从它的整数倍开始，所以只能从min（4，8）开始，c2在哪都可以开始，最后不要忘了第三点结构体总⼤⼩为最⼤对⻬数（结构体中每个成员变量都有⼀个对⻬数，所有对⻬数中最⼤的）的整数倍。这里特别注意是总大小，不是最大下标，是最大下标加一。故最后下标到11位置，图解如下： c1用蓝色表示，浪费的地址为白色，i为红色，c2为绿色
解决这个问题后，大家结构体内存对齐问题就没有问题啦，大家快快算算看🙌 //练习2-结构体嵌套问题 struct S3 { double d; char c; int i; }; struct S4 { char c1; struct S3 s3; double d; }; printf("%d\n", sizeof(struct S4)); 解释如下：c1跳过，既然要计算s3，那么我们就要返回S3中，先算s3的内存占多大，d为double类型8个字节min（8，8），0是8的整数倍，c随便，i对齐数为min（4，8），9不是4的倍数，故跳到12，最后算下来s3占的字节数为16图解如下。
计算完s3，我们终于可以计算s4了，s3的填入看看我们对齐规则的第四点：4. 如果嵌套了结构体的情况，嵌套的结构体成员对⻬到⾃⼰的成员中最⼤对⻬数的整数倍处，结构体的整体⼤⼩就是所有最⼤对⻬数（含嵌套结构体中成员的对⻬数）的整数倍。在本题结构体成员的成员中最大对齐数为d的8，故s3的对齐数为8，d为min（8，8），最后别忘了，第三点：3. 结构体总⼤⼩为最⼤对⻬数（结构体中每个成员变量都有⼀个对⻬数，所有对齐数中最⼤的）的整数倍。 总图解如下：（c1蓝色，s3绿色，d红色，白色为浪费空间）
补充一个小知识：编译器的默认对齐数是可以自己修改的，c语言就是这么霸道 #pragma这个预处理指令，可以修改编译器的默认对齐数。用法如下：要加一个pack（） #define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1 #include #include #include #include #pragma pack(1)//设置默认对⻬数为1 struct S { char c1; int i; char c2; }; #pragma pack()//取消设置的对⻬数，还原为默认 int main() { //输出的结果是什么？ printf("%d\n", sizeof(struct S)); return 0; }到这我就已经把结构体的对齐给你讲清楚了（大家一定要自己算算），考试遇到直接给它喵了！！！ 两个关于结构体的易错点：关于结构体为了防止大家出错，这里我给大家总结出来两个易错点供大家参考，大家看看自己有没有遇到这些情况，遇到了又该如何解决呢？下面我将带大家避免掉入这些坑。 第一个易错点：大家先看看下面这个代码合不合法 struct { int a; char b; float c; }x; struct { int a; char b; float c; }a[20], * p; //下面这个合法吗 *p = x;我们可以看到这是因为没有给结构体命名导致的争议，其实这是非法的，因为这两个结构体是不同的🙅，也就是说这两个结构体不是同一个类型的，所以匿名的结构体类型，如果没有对结构体类型重命名的话，基本上只能使用一次。 第二个易错点：结构的⾃引⽤下面这个代码合法吗？🐱🏍
如果正确的话那么sizeof（struct Node）的值是多少？ 很明显这是非法的，因为这样sizeof（struct Node）的值是无穷的，就好像递归没有出口一样 正确引用如下： 我们可以看到这就是类似链表洛 struct Node { int data; struct Node* next; }; 解决方法：定义结构体不要使用匿名结构体了（好习惯要记住哟！！！） 结语：其实写博客不仅仅是为了教大家，同时这也有利于我巩固自己的知识点，和一个学习的总结，由于作者水平有限，对文章有任何问题的还请指出，接受大家的批评，让我改进，如果大家有所收获的话还请不要吝啬你们的点赞收藏和关注，这可以激励我写出更加优秀的文章。 |
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