结构体的内存对齐和位段

结构体的内存对齐

计算结构体的大小首先得要有有一个结构体


  
  
strust S1
{
char c1 ;
int i ;
char c2 ;
} ;
printf( "%d\n",sizeof(struct S1) ;

通过之前的学习知道char占一个字节,int占四个字节
先说一下结构体的对齐规则:

  1. .第一个成员在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。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中默认的值是8,Linux中的默认值是4。
  3. 结构体的总大小是最大对齐数的整数倍(每个成员都有对齐数,找出它们中的最大的一个)。
  4. 如果嵌套了结构体的情况,嵌套的结构体要对齐到自己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。
    掌握了以上四条原则,下面再来分析一下上面的结构体
    char c1 从0偏移量开始对齐,int型占四个字节,因为成员变量要对齐到他自己对齐数的整数倍处,所以int就要对齐到4,中间的三个字节就浪费掉;char c2的对齐数为1,所以就从第8个偏移量开始对齐,还没有结束,第三条原则,结构体的总大小是最大对齐数的整数倍,在上面的结构体中,最大的对齐数为4,所以这个结构体的大小要为4的整数倍,所以是12

Alt text
上面结构体大小是在VS中的大小,因为VS中的默认值是8,上面结构体所有变量成员都比8小,在linux中也是一样,要考虑编译器默认的对齐数。
从上面的结构体中可以看出内存对齐很浪费空间,但是为什么还要存在内存对齐规则呢
1.平台原因
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;
2.性能原因
数据结构(尤其是栈)应该尽可能的在自然边界上对齐。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一次。
总体来说,结构体的内存对齐就是拿空间换取时间的做法。
不过上面的结构体还是可以优化的,将两个char型的成员集中在一起,不管是前边还是后边都可以只占用了8个字节。

位段

位段的声明和结构体是类似的,有两个不同:
位段的成员必须是int   unsigned int   signed int
位段的成员名后边有一个冒号和一个数字
举个栗子:


  
  
struct A
{
int _a: 2;
int _b: 5;
int _c: 10;
int _d: 30;
};
printf( "%d\n", sizeof( struct A));

求位段A的大小?
和上面一样,先说一下位段的内存分配
1.位段的成员可以是int   unsigned int  signed int或者是char(属于整形家族)类型
2.位段的空间上是按照需要以四个字节(int)或者一个字节(char)的方式来开辟的
3.位段涉及很多不确定性因素,位段是不跨平台的,注重可移植性的程序应该避免使用位段
详解:
第一个成员是int型的,先开辟32个bit,把2放进去还剩30个bit,再把5放进去还剩25个bit,再把10放进去还剩15个bit,不够存30个就再开辟32个bit,把前面的15个bit就浪费掉(在VS中是浪费掉),所以位段A的大小就是8个字节。
位段的跨平台问题
1.int 位段被当做有符号数还是无符号数是不确定的
2.位段中最大位的数目是不确定的(16位机器最大16,32位机器最大32,写成27在16位机器会出问题)
3.位段中的成员从左向右分配还是从右向左分配标准尚未定义
4.当一个结构包含两个位段,第二个位段成员比较大,无法容纳第一个位段剩余的位时,是舍弃剩余的位还是利用,这是不确定的。
总结:
和结构体相比,位段可以达到同样的效果,而且可以很好地节省空间,但是有跨平台问题的存在

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