c语言结构体字节对齐的实现方法

1.什么是字节对齐

在c语言的结构体里面一般会按照某种规则去进行字节对齐。

我们先看一段代码:

struct st1
{
 char name;
 double age;
 char sex;
};
//32位下 sizeof(struct st1) = 16
//64位下 sizeof(struct st1) = 24
struct st2
{
 char a;
 char b;
 char c;
};
//32位和64位下, sizeof(struct st2)都是3个字节

从以上结果可以看出,结构体st1在32位下是按照4个字节来对齐的,在64位下则是按照8个字节来对齐的,结构体st2则不管32位还是64位则都是按照1个字节对齐的。
那么我们可以总结出对齐规则如下:

  • 在所有结构体成员的字节长度都没有超出操作系统基本字节单位(32位操作系统是4,64位操作系统是8)的情况下,按照结构体中字节最大的变量长度来对齐;
  • 若结构体中某个变量字节超出操作系统基本字节单位,那么就按照系统字节单位来对齐。

注意:并不是32位就直接按照4个字节对齐,64位按照8个字节对齐。

2.为什么要有字节对齐

首先普及一点小知识,cpu一次能读取多少内存要看数据总线是多少位,如果是16位,则一次只能读取2个字节,如果是32位,则可以读取4个字节,并且cpu不能跨内存区间访问。

假设有这样一个结构体如下:

struct st3
{
    char a;
    int b;
};
//那么根据我们第1节所说的规则,在32位系统下,它就应该是8个字节的。

假设地址空间是类似下面这样的:

在没有字节对齐的情况下,变量a就是占用了0x00000001这一个字节,而变量b则是占用了0x00000002~0x000000005这四个字节,那么cpu如果想从内存中读取变量b,首先要从变量b的开始地址0x00000002读到0x0000004,然后再读取一次0x00000005这个字节,相当于读一个int,cpu从内存读取了两次。

而如果进行字节对齐的话,变量a还是占用了0x00000001这一个字节,而变量b则是占用了0x00000005~0x00000008这四个字节,那么cpu要读取变量b的话,就直接一次性从0x00000005读到0x00000008,就一次全部读取出来了。

所以说,字节对齐的根本原因其实在于cpu读取内存的效率问题,对齐以后,cpu读取内存的效率会更快。但是这里有个问题,就是对齐的时候0x00000002~0x00000004这三个字节是浪费的,所以字节对齐实际上也有那么点以空间换时间的意思,具体写代码的时候怎么选择,其实是看个人的。

3.手动设置对齐

什么情况下需要手动设置对齐:

  • 设计不同CPU下的通信协议,比如两台服务器之间进行网络通信,共用一个结构体时,需要手动设置对齐规则,确保两边结构体长度一直;
  • 编写硬件驱动程序时寄存器的结构;

手动设置对齐方式有两种:

代码里添加预编译标识:

//用法如下
#pragma pack(n)//表示它后面的代码都按照n个字节对齐
struct st3
{
    char a;
    int b;
};
#pragma pack()//取消按照n个字节对齐,是对#pragma pack(n)的一个反向操作
//这里计算sizeof(st3)=5

上面这两行其实就类似于开车的时候,走到某一段路的时候,发现一个限速60公里的指示牌,过了那一段路以后,又会有解除限速60公里的指示牌。

定义结构体时:

//用法如下
struct bbb
{
   char a;
   int b;
}__attribute__((packed));//直接按照实际占用字节来对齐,其实就是相当于按照1个字节对齐了
//这里计算sizeof(st3)=5

4.结构体比较方法

可以使用内存比较函数memcpy进行结构体比较,但因为结构体对齐可能会有填充位不一致的情况,此时需要注意:

  • 设置为1个字节对齐,使它没有空位;
  • 事先对结构体进行初始化;
memcpy(char *dest, const char* src, int len); //头文件#include

到此这篇关于c语言结构体字节对齐的实现方法的文章就介绍到这了,更多相关c语言结构体字节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!

你可能感兴趣的