什么是结构体内存对齐,有什么好处
下面先看一个例子:
#include<stdio.h>
int main()
{
struct S1
{
char c1;
int i;
char c2;
};
struct S2
{
char c1;
char c2;
int i;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S1));
printf("%d\n", sizeof(struct S2));
return 0;
}
由运行结果可知,S1占12个字节内存。S2占8个字节内存,为什么两个拥有成员个数一样的结构体,只是排列顺序不同,整个结构体的大小就不同呢?
如何计算计算结构体大小? 首先得掌握结构体的对齐规则:
- 第一个成员在与结构体变量偏移量为0的地址处。
- 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。
对齐数 = 编译器默认的一个对齐数 与 该成员大小的较小值。 - 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。
- 如果嵌套了结构体的情况,嵌套的结构体对齐到自己的最大对齐数的整数倍处,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。
具体什么意思呢?我来画图解释一下。
结构体S1中。c1是第一个成员,存储在结构体偏移量为0的地址处,c1是char类型,对齐数为1,所占字节空间也为1。i是int类型,对齐数为4,所占字节空间也为4,i要从偏移量为4的整数倍开始存储,c2也是char类型,对齐数为1,任意一个偏移地址都是1的倍数,所以可以紧跟i存储。所以S1,占了9个字节,又因为C语言标准规定: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,即i的整数倍。所以S1占12个字节。
结构体S2中,c2可以紧跟c1存储,i还是从偏移量为4的地址存储,这样S2总共就占了8个字节,8是最大对齐数4的倍数,所以S2就占用了8个字节空间。
注意:对齐数 = 编译器默认的一个对齐数 与 该成员大小的较小值。
在VS编译器中,默认对齐数为8,因为char,int,short,类型大小都小于8,所以对齐数,就是自身大小。若是结构体中嵌套结构体,那么对齐数另当讨论。
为什么存在内存对齐?
大部分的参考资料都是如是说的:
- 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上的任意数据的;某些硬件平台只能在某些地址
处取某些特定类型的数据,否则抛出硬件异常。 - 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
需要作两次内存访问;而对齐的内存访问仅需要一次访问。
总体来说:
结构体的内存对齐是拿空间来换取时间的做法。
你了解结构体对齐数了吗?不太清楚的话,可以留言讨论。
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