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C语言中结构体与内存对齐实例解析

2021-07-18 14:48:04 作者：小辜同学

C语言结构体对齐也是老生常谈的话题了,基本上是面试题的必考题,这篇文章主要给大家介绍了关于C语言中结构体与内存对齐的相关资料,需要的朋友可以参考下

1.结构体类型

C语言中的2种类型：原生类型和自定义类型，结构体类型是一种自定义类型。

2.结构体使用时先定义结构体类型再用类型定义变量

-> 结构体定义时需要先定义结构体类型，然后再用类型来定义变量。

-> 也可以在定义结构体类型的同时定义结构体变量。

// 定义类型
struct people
{
 char name[20];
 int age;
};
 
// 定义类型的同时定义变量。
struct student
{
 char name[20];
 int age;
}s1;
 
// 将类型struct student重命名为s1，s1是一个类型名，不是变量
typedef struct student
{
 char name[20];
 int age;
}s1;

3.从数组到结构体的进步之处

-> 结构体可以认为是从数组发展而来的。

-> 数组有2个明显的缺陷：第一个是定义时必须明确给出大小，且这个大小在以后不能再更改；第二个是数组要求所有的元素的类型必须一致。

-> 结构体是用来解决数组的第二个缺陷的，可以将结构体理解为一个其中元素类型可以不相同的数组。

4.结构体变量中的元素如何访问？

-> 数组中元素的访问方式：表面上有2种方式（数组下标方式和指针方式）；实质上都是指针方式访问。

-> 结构体变量中的元素访问方式：只有一种，用 . 或者->的方式来访问。

struct score
{
 int a;
 int b;
 int c;
};
 
struct myStruct
{
 int a;   // 4 
 double b;  // 8
 char c;
};
 
int  main()
{
 struct myStruct s1;
 s1.a = 12;        // int *p = (int *)&s1; *p = 12;
 s1.b = 4.4;       // double *p = (double *)(&s1 + 4); *p = 4.4;
 s1.c = 'a';      // char *p = (char *)((int)&s1 + 12); *p = 'a';
 
 int a[3];  // 3个学生的成绩，数组方式
 score s;  // 3个学生的成绩，结构体的方式
 
 s.a = 12;  // 编译器在内部还是转成指针式访问 int *p = s; *(p+0) = 12;
 s.b = 44;  // int *p = s; *(p+1) = 44;
 s.c = 64;  // int *p = s; *(p+2) = 44;
}

5.结构体的对齐访问

什么是结构体对齐访问:

//定义一个结构体
struct s
{
 char c;   //     c实际占4字节，而不是1字节
 int b;   // 4
};
 
int main(void)
{
 struct s s1;
 s1.c = 't';
 s1.b = 12;
 
 char *p1 = (char *)(&s1);
 printf("*p1 = %c.\n", *p1);   // t
 
 int *p2 = (int *)((int)&s1 + 1);  
 printf("*p2 = %d.\n", *p2);   // 201852036.得到一个奇怪的数字
 
 int *p3 = (int *)((int)&s1 + 4);  
 printf("*p3 = %d.\n", *p3);   // 12.
 
 
 printf("sizeof(struct s) = %d.\n", sizeof(struct s)); 结果是8
 
 return 0;
 
}

6.结构体为何要对齐访问

-> 结构体中元素对齐访问主要原因是为了配合硬件，也就是说硬件本身有物理上的限制，如果对齐排布和访问会提高效率，否则会大大降低效率。

-> 对比对齐访问和不对齐访问：对齐访问牺牲了内存空间，换取了速度性能；而非对齐访问牺牲了访问速度性能，换取了内存空间的完全利用。

7.结构体对齐实例

struct mystruct1
{     // 1字节对齐     4字节对齐
    int a;   // 4   4
    char b;   // 1   2(1+1)
    short c;  // 2   2
};
 
int main()
{
 printf("sizeof(struct mystruct1) = %d.\n", sizeof(struct mystruct1));       //   8
 return 0;
}

分析：首先是整个结构体，整个结构体变量4字节对齐是由编译器保证的，我们不用操心。第一个元素a，a的开始地址就是整个结构体的开始地址，所以自然是4字节对齐的。但是a的结束地址要由下一个元素说了算。第二个元素b，因为上一个元素a本身占4字节，本身就是对齐的。所以留给b的开始地址也是4字节对齐地址，所以b可以直接放。 b的起始地址定了后，结束地址不能定（因为可能需要填充），结束地址要看下一个元素来定。然后是第三个元素c，short类型需要2字节对齐（short类型元素必须放在类似0，2，4，8这样的地址处，不能放在1，3这样的奇数地址处），因此c不能紧挨着b来存放，解决方案是在b之后添加1 字节的填，然后再开始放c。c放完之后还没结束，当整个结构体的所有元素都对齐存放后，还没结束，因为整个结构体大小还要是4的整数倍。

typedef struct mystruct2
{					// 1字节对齐  	4字节对齐
    char a;			// 1			4(1+3)
    int b;			// 4			4
    short c;		// 2			4(2+2)
}MyS2;
 
int main()
{
	printf("sizeof(struct mystruct2) = %d.\n", sizeof(struct mystruct2));   //12
	return 0;
}

struct mystruct1
{            //1字节对齐    4字节对齐
    int a;          // 4       4
    char b;          // 1       2(1+1)
    short c;         // 2       2
};
 
typedef struct myStruct5
{       // 1字节对齐    4字节对齐
    int a;     // 4   4
    struct mystruct1 s1; // 7   8
    double b;    // 8   8
    int c;     // 4   4 
}MyS5;
 
int main()
{
 printf("sizeof(struct mystruct5) = %d.\n", sizeof(MyS5));  //24
 return 0;
}

struct stu
{       // 1字节对齐     4字节对齐
 char sex;    // 1   4(1+3)
 int length;    // 4   4
 char name[10];   // 10   12(10+2)
};
 
 
int main()
{
 printf("sizeof(struct stu) = %d.\n", sizeof(struct stu));  //20
 return 0;
}

总结

到此这篇关于C语言中结构体与内存对齐的文章就介绍到这了,更多相关C语言结构体与内存对齐内容请搜索脚本之家以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持脚本之家！