C语言中如何计算结构体的字节大小

结构体内存对齐

在计算结构体所占字节的大小时,不要直观地累加结构体内成员的字节大小,实际结构体存放在内存中是有一定的规则的,这里涉及的规则就是内存对齐原则。

声明一个结构体stu

struct stu
{
  char a;
  int b;
  double c;
  short d;
};
int main()
{  
    struct stu s;
    printf("%d.\n",sizeof(s));
    return 0;
}

如果你以为这个结构体大小是(1+4+8+2)个字节,那么你就错了。结构体内存对齐的规则如下:

1.第一个成员在与结构体变量偏移量为0的地址处。
2.其他成员变量要对齐到某个数字(对齐数)的整数倍的地址处。
注:对齐数=编译器默认的一个对齐数与该成员大小的较小值。
VS中默认的值(对齐数)为8
3.结构体总大小为最大对齐数(每个成员变量都有一个对齐数)的整数倍。
4.如果嵌套了结构体的情况,嵌套的结构体的对齐数为自己结构体内成员的最大对齐数的整数倍,结构体的整体大小就是所有最大对齐数(含嵌套结构体的对齐数)的整数倍。
C语言中如何计算结构体的字节大小_第1张图片
通过VS2019编译之后验证了结果,如下图所示:
C语言中如何计算结构体的字节大小_第2张图片

下面再验证一个嵌套结构体的例子

struct stu
{
  char a;
  int b;
  double c;
  short d;
}s;

struct peo
{
   int a1;
   char b1;
   struct stu s;
   double c1;
}peo1;
int main()
{
   printf("%d.\n",sizeof(peo1));
   return 0;
}

此时的结构体大小应该遵循内存对齐的第四点来计算,解析如下图:
C语言中如何计算结构体的字节大小_第3张图片
此时所占空间为40个字节,而且struct peo peo1中最大的对齐数为8,40是8的倍数,故该结构体的大小就是40个字节。通过VS2019编译之后验证了结果,如下图所示:

C语言中如何计算结构体的字节大小_第4张图片
在此时我存在一个疑问,就是在计算嵌套结构体的结构体大小时,嵌套在结构体中的结构体的对齐数到底是其本身大小和VS的默认值相比较,还是该结构体中的成员的最大对齐数的整数倍。(这里也是为了验证一下第四点规则的真伪,嘿嘿~)用如下代码进行验证:

struct stu
{
	char a1;
	int b;
	char a2;
	int a3;
}s;

struct peo
{
	short b;
	struct stu s;
}peo1;

int main(void)
{
	
	printf("该结构体所占大小为:%d", sizeof(peo1));

画图比较:
C语言中如何计算结构体的字节大小_第5张图片
最后通过VS2019编译之后,得到答案,确实是嵌套的结构体内的成员的最大对齐数的整数倍。如下图:
C语言中如何计算结构体的字节大小_第6张图片

内存对齐的原因(难道这样不浪费内存空间吗?)

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的任意数据;某些硬件平台只能在某些地址处取某些特定类型的数据,否则会抛出硬件异常。
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,处理器需要做两次内存访问;而对齐的内存访问只需要访问一次。(这也是最主要原因!)

总结:内存对齐是用空间换时间,访问速度更快。

这是我的第一篇博客,可能叙述的会有些啰嗦,但这也是为了日后再回顾知识点时,我能依然理解的更清晰。感谢您的浏览,若发现问题,大家可以共同讨论~
注:本文内容来源于学习比特鹏哥的课程后的总结。

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