看來我對結構體的對齊方式了解太少了

2021-05-22 04:58:06 字數 3909 閱讀 9296

結構型別定義和結構變數說明

在實際問題中,一組資料往往具有不同的資料型別。例如, 在學生登記表中,姓名應為字元型;學號可為整型或字元型; 年齡應為整型;性別應為字元型;成績可為整型或實型。 顯然不能用乙個陣列來存放這一組資料。 因為陣列中各元素的型別和長度都必須一致,以便於編譯系統處理。為了解決這個問題,c語言中給出了另一種構造資料型別——「結構」。 它相當於其它高階語言中的記錄。

「結構」是一種構造型別,它是由若干「成員」組成的。 每乙個成員可以是乙個基本資料型別或者又是乙個構造型別。 結構既是一種「構造」而成的資料型別, 那麼在說明和使用之前必須先定義它,也就是構造它。如同在說明和呼叫函式之前要先定義函式一樣。

定義乙個結構的一般形式為:

struct 結構名

成員表列

成員表由若干個成員組成, 每個成員都是該結構的乙個組成部分。對每個成員也必須作型別說明,其形式為:

型別說明符 成員名;

成員名的命名應符合識別符號的書寫規定。

例如:struct stu

int num;

char name[20];

char ***;

float score;

在這個結構定義中,結構名為stu,該結構由4個成員組成。 第乙個成員為num,整型變數;第二個成員為name,字元陣列;第三個成員為***,字元變數;第四個成員為score,實型變數。 應注意在括號後的分號是不可少的。

結構定義之後,即可進行變數說明。 凡說明為結構stu的變數都由上述4個成員組成。由此可見, 結構是一種複雜的資料型別,是數目固定,型別不同的若干有序變數的集合。

請看下面的結構:

struct mystruct

double dda1;

char dda;

int type

對結構mystruct採用sizeof會出現什麼結果呢?sizeof(mystruct)為多少呢?也許你會這樣求:

sizeof(mystruct)=sizeof(double)+sizeof(char)+sizeof(int)=13

但是當在vc中測試上面結構的大小時,你會發現sizeof(mystruct)為16。你知道為什麼在vc中會得出這樣乙個結果嗎?

其實,這是vc對變數儲存的乙個特殊處理。為了提高cpu的儲存速度,vc對一些變數的起始位址做了「對齊」處理。在預設情況下,vc規定各成員變數存放的起始位址相對於結構的起始位址的偏移量必須為該變數的型別所占用的位元組數的倍數。下面列出常用型別的對齊方式(vc6.0,32位系統)。

型別對齊方式(變數存放的起始位址相對於結構的起始位址的偏移量)

char

偏移量必須為sizeof(char)即1的倍數

int偏移量必須為sizeof(int)即4的倍數

float

偏移量必須為sizeof(float)即4的倍數

double

偏移量必須為sizeof(double)即8的倍數

short

偏移量必須為sizeof(short)即2的倍數

各成員變數在存放的時候根據在結構中出現的順序依次申請空間,同時按照上面的對齊方式調整位置,空缺的位元組vc會自動填充。同時vc為了確保結構的大小為結構的位元組邊界數(即該結構中占用最大空間的型別所占用的位元組數)的倍數,所以在為最後乙個成員變數申請空間後,還會根據需要自動填充空缺的位元組。

下面用前面的例子來說明vc到底怎麼樣來存放結構的。

struct mystruct

double dda1;

char dda;

int type

為上面的結構分配空間的時候,vc根據成員變數出現的順序和對齊方式,先為第乙個成員dda1分配空間,其起始位址跟結構的起始位址相同(剛好偏移量0剛好為sizeof(double)的倍數),該成員變數占用sizeof(double)=8個位元組;接下來為第二個成員dda分配空間,這時下乙個可以分配的位址對於結構的起始位址的偏移量為8,是sizeof(char)的倍數,所以把dda存放在偏移量為8的地方滿足對齊方式,該成員變數占用sizeof(char)=1個位元組;接下來為第三個成員type分配空間,這時下乙個可以分配的位址對於結構的起始位址的偏移量為9,不是sizeof(int)=4的倍數,為了滿足對齊方式對偏移量的約束問題,vc自動填充3個位元組(這三個位元組沒有放什麼東西),這時下乙個可以分配的位址對於結構的起始位址的偏移量為12,剛好是sizeof(int)=4的倍數,所以把type存放在偏移量為12的地方,該成員變數占用sizeof(int)=4個位元組;這時整個結構的成員變數已經都分配了空間,總的占用的空間大小為:8+1+3+4=16,剛好為結構的位元組邊界數(即結構中占用最大空間的型別所占用的位元組數sizeof(double)=8)的倍數,所以沒有空缺的位元組需要填充。所以整個結構的大小為:sizeof(mystruct)=8+1+3+4=16,其中有3個位元組是vc自動填充的,沒有放任何有意義的東西。

下面再舉個例子,交換一下上面的mystruct的成員變數的位置,使它變成下面的情況:

struct mystruct

char dda;

double dda1;

int type

這個結構占用的空間為多大呢?在vc6.0環境下,可以得到sizeof(mystruc)為24。結合上面提到的分配空間的一些原則,分析下vc怎麼樣為上面的結構分配空間的。(簡單說明)

struct mystruct

char dda;//偏移量為0,滿足對齊方式,dda占用1個位元組;

//的倍數,需要補足7個位元組才能使偏移量變為8(滿足對齊

//方式),因此vc自動填充7個位元組,dda1存放在偏移量為8

//的位址上,它占用8個位元組。

//數,滿足int的對齊方式,所以不需要vc自動填充,type存

//放在偏移量為16的位址上,它占用4個位元組。

};//所有成員變數都分配了空間,空間總的大小為1+7+8+4=20,不是結構

//的節邊界數(即結構中占用最大空間的型別所占用的位元組數sizeof

//(double)=8)的倍數,所以需要填充4個位元組,以滿足結構的大小為

//sizeof(double)=8的倍數。

所以該結構總的大小為:sizeof(mystruc)為1+7+8+4+4=24。其中總的有7+4=11個位元組是vc自動填充的,沒有放任何有意義的東西。

vc對結構的儲存的特殊處理確實提高cpu儲存變數的速度,但是有時候也帶來了一些麻煩,我們也遮蔽掉變數預設的對齊方式,自己可以設定變數的對齊方式。

vc中提供了#pragma

pack(n)來設定變數以n位元組對齊方式。n位元組對齊就是說變數存放的起始位址的偏移量有兩種情況:第

一、如果n大於等於該變數所占用的位元組數,那麼偏移量必須滿足預設的對齊方式,第

二、如果n小於該變數的型別所占用的位元組數,那麼偏移量為n的倍數,不用滿足預設的對齊方式。結構的總大小也有個約束條件,分下面兩種情況:如果n大於所有成員變數型別所占用的位元組數,那麼結構的總大小必須為占用空間最大的變數占用的空間數的倍數;

否則必須為n的倍數。下面舉例說明其用法。

#pragma pack(push) //儲存對齊狀態

#pragma pack(4)//設定為4位元組對齊

struct test

char m1;

double m4;

int m3;

#pragma pack(pop)//恢復對齊狀態

以上結構的大小為16,下面分析其儲存情況,首先為m1分配空間,其偏移量為0,滿足我們自己設定的對齊方式(4位元組對齊),m1占用1個位元組。接著開始為m4分配空間,這時其偏移量為1,需要補足3個位元組,這樣使偏移量滿足為n=4的倍數(因為sizeof(double)大於n),m4占用8個位元組。接著為m3分配空間,這時其偏移量為12,滿足為4的倍數,m3占用4個位元組。這時已經為所有成員變數分配了空間,共分配了16個位元組,滿足為n的倍數。如果把上面的#pragma pack(4)改為#pragma pack(16),那麼我們可以得到結構的大小為24。(請讀者自己分析)

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