讲解C语言编程中的结构体对齐
Q:关于结构体的对齐,到底遵循什么原则?
A:首先先不讨论结构体按多少字节对齐,先看看只以1字节对齐的情况:
#include
输出:
sizeof(student) is 7OFFSET(student,sex) is 0OFFSET(student,score) is 1OFFSET(student,age) is 3
可以看到,如果按1字节对齐,那么结构体内部的成员紧密排列,sizeof(char) == 1, sizeof(short) == 2, sizeof(int) == 4.
修改上面的代码, 去掉#pragma pack语句,代码如下:
#include
运行结果:
sizeof(student) is 8OFFSET(student,sex) is 0OFFSET(student,score) is 2OFFSET(student,age) is 4
此时,各个成员之间就不像之前那样紧密排列了,而是有一些缝隙。这里需要介绍下对齐原则:
此原则是在没有#pragma pack语句作用时的原则(不同平台可能会有不同):
原则A:struct或者union的成员,第一个成员在偏移0的位置,之后的每个成员的起始位置必须是当前成员大小的整数倍;
原则B:如果结构体A含有结构体成员B,那么B的起始位置必须是B中最大元素大小整数倍地址;
原则C:结构体的总大小,必须是内部最大成员的整数倍;
依据上面3个原则,我们来具体分析下: sex在偏移0处,占1字节;score是short类型,占2字节,score必须以2的整数倍为起始位置,所以它的起始位置为2; age为int类型,大小为4字节,它必须以4的整数倍为起始位置,因为前面有sex占1字节,填充的1字节和score占2字节,地址4已经是4的整数倍,所以age的位置为4.最后,总大小为4的倍数,不用继续填充。
继续修改上面的代码,增加#pragma pack语句:
#include
运行结果:
sizeof(student) is 8OFFSET(student,sex) is 0OFFSET(student,score) is 2OFFSET(student,age) is 4
具体分析下:
有了#pragma pack(4)语句后,之前说的原则A和C就不适用了。实际对齐原则是自身对齐值(成员sizeof大小)和指定对齐值(#pragma pack指定的对齐大小)的较小者。依次原则,sex依然偏移为0, 自身对齐值为1,指定对齐值为4,所以实际对齐为1; score成员自身对齐值为2,指定对齐值为4,实际对齐为2;所以前面的sex后面将填充一个1字节,然后是score的位置,它的偏移为2;age自身对齐值为4,指定对齐为4,所以实际对齐值为4;前面的sex和score正好占用4字节,所以age接着存放;它的偏移为4.
Q:关于位域的问题,空域到底表示什么?
A:它表示之后的位域从新空间开始。
#include
运行结果:
sizeof(bit_info) is 8
bit_info中的a, b占用4个字节的前4位,到int:0; 时表示此时将填充余下所有没有填充的位,即刚刚的4个字节的余下28位;int d:2; 将从第四个字节开始填充,又会占用4个字节,所以总大小为8.
再来看下面几个小例子
例1:
struct A{ char f1 : 3; char f2 : 4; char f3 : 5; };
a b c
A的内存布局:111,1111 *,11111 * * *
位域类型为char,第1个字节仅能容纳下f1和f2,所以f2被压缩到第1个字节中,而f3只能从下一个字节开始。因此sizeof(A)的结果为2。
例2:
struct B{ char f1 : 3; short f2 : 4; char f3 : 5; };
由于相邻位域类型不同,在VC6中其sizeof为6,在Dev-C++中为2。
例3:
struct C{ char f1 : 3; char f2; char f3 : 5; };
非位域字段穿插在其中,不会产生压缩,在VC6和Dev-C++中得到的大小均为3。
考虑一个问题,为什么要设计内存对齐的`处理方式呢?如果体系结构是不对齐的,成员将会一个挨一个存储,显然对齐更浪费了空间。那么为什么要使用对齐呢?体系结构的对齐和不对齐,是在时间和空间上的一个权衡。对齐节省了时间。假设一个体系结构的字长为w,那么它同时就假设了在这种体系结构上对宽度为w的数据的处理最频繁也是最重要的。它的设计也是从优先提高对w位数据操作的效率来考虑的。有兴趣的可以google一下,人家就可以跟你解释的,一大堆的道理。
最后顺便提一点,在设计结构体的时候,一般会尊照一个习惯,就是把占用空间小的类型排在前面,占用空间大的类型排在后面,这样可以相对节约一些对齐空间。
-
嵌入式C语言优化技巧
嵌入式系统是指完成一种或几种特定功能的计算机系统,具有自动化程度高,响应速度快等优点,目前已广泛应用于消费电子,工业控制等领域。嵌入式系统受其使用的硬件以及运行环境的限制,非常注重代码的时间和空间效率,因此选择一种合适的开发语言十分重要。下面是相关的知...
-
win8系统安装c语言方法
在win8/win8.1中C语言VC无法运行,那么win8系统安装c语言方法又变成了什么呢?而现在的'计算机都是预装win8/8.1系统,对于比较原始的TurboC是无法运行的,现在应届毕业生小编向大家告诉大家win8系统运行TurboC软件的方法。win8系统安装c语言方法:win8系统运行TurboC...
-
c语言数组指针变量的说明和使用
导语:指针变量可以进行某些运算,那么在运算中如何操作呢?让我们了解一下C语言数组指针变量的说明和使用吧!数组指针变量的说明和使用指向数组的指针变量称为数组指针变量。在讨论数组指针变量的说明和使用之前,我们先明确几个关系。一个数组是由连续的一块内存单元...
-
C语言入门知识:标识符
导语:在编写程序时,必须为函数、变量等命名,这个名字称为标识符。下面是其标识符相关知识,欢迎阅读:C语言中标识符的命名规则如下:标识符只能由字母、数字、下划线组成;标识符的第一个字母必须是字母和下划线;标识符区分大小写字母,如If和if是两个完全不同的标识符。...