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【C语言】【结构体的内存对齐】计算结构体内存大小，有图解

news 2025/8/26 22:32:27

计算结构体内存大小，需要用到结构体内存对齐的知识
来段代码看看什么是结构体对齐：

#include<stdio.h>
struct S1 
{char a;char b;int num;
};
struct S2
{char a;int num;char b;
};
int main()
{printf("%zd\n", sizeof(struct S1));printf("%zd", sizeof(struct S2));
}

在这里插入图片描述
两个结构体包含的变量类型相同，但计算出来的内存大小不同，这就说明两个结构体在内存中的存储方式不同

结构体的存储规则就是：内存对齐

1.对齐规则：

结构体的第⼀个成员对⻬到相对结构体变量起始位置偏移量为0的地址处
其他成员变量要对⻬到某个数字（对⻬数）的整数倍的地址处。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中没有默认对⻬数，对⻬数就是成员⾃⾝的⼤⼩

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。
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。

1.1先用上面的代码解释前3条

在这里插入图片描述
第一个元素分别存到初始位置，char占 1 个字节

在这里插入图片描述
char类型占 1 个字节，小于VS默认的 8 个字节，所以存char时，每个对齐数都是 1 的倍数，可以紧挨着存 1 个字节
int 类型占 4 个字节，小于VS默认的 8 个字节，所以存 Int时，从对齐数 4 的位置开始存 4 个字节
由于存入的顺序取决于初始化结构体中变量的顺序，所以S1中接着存了 int 类型的，S2中接着存了 char类型的
在这里插入图片描述

数据存完之后，检验总内存大小是否是变量中最大对齐数的整数倍。如果是，最终内存大小就决定了；如果不是，还要再占内存直到补到倍数为止。蓝色的单元格表示浪费掉的内存。

所以最终结果：S1占 12 字节内存，S2占 8 字节内存。

1.2嵌套结构体计算大小

#include<stdio.h>
struct S3
{double d;char e;int i;
};
struct S4
{char j;struct S3 s3;double k;
};
int main()
{printf("%zd\n", sizeof(struct S3));printf("%zd", sizeof(struct S4));
}

根据前三条规则，可以计算出S3的内存为 16
所以第一个printf打印出来的是 16
在这里插入图片描述

S3中最大元素的内存是 8 个字节，所以存储S3的对齐数是 8 ，存入8 个字节；此时对齐数是 16 ，正好符合double类型内存（8个字节）的整数倍。存完double后对齐数是24。最后，因为24不是最大内存数 16 的倍数，所以从24到32之间的内存浪费掉。

第二个printf打印的是 32
在这里插入图片描述

2.内存对齐的性能原因：

数据结构(尤其是栈)应该尽可能地在⾃然边界上对⻬。原因在于，为了访问未对⻬的内存，处理器需要作两次内存访问；⽽对⻬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⻬成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：结构体的内存对⻬是拿空间来换取时间的做法。

那么在设计结构体的时候，既要满足对齐，又要节省空间，可以将占空间小的成员尽量聚集在一起：

#include<stdio.h>
struct S1
{char a;char b;int i;
};
struct S2
{char a;int i;char b;
};
int main()
{printf("%zd\n", sizeof(struct S1));printf("%zd\n", sizeof(struct S2));return 0;
}

在这里插入图片描述

3.修改内存对齐数：

#pragma这个预处理指令，可以修改默认对齐数

#include<stdio.h>
#pragma pack(1) //将默认对齐数设置为 1
struct S
{char a;char b;int c;
};
#pragma pack() //恢复为默认对齐数
int main()
{printf("%zd\n", sizeof(struct S));return 0;
}