【C语言】结构体内存对齐

目录

引入结构体 

 结构的声明

创建和初始化

 内部元素的使用；

特殊声明：

结构体在内存中的对齐

练习： 

引入结构体 

        C语言有各种数据类型，我们已经对一些数据类型很熟悉：

  1. 整型（int）- 存储整数值，包括有符号和无符号两种类型。

  2. 浮点型（float、double、long double）- 存储实数值，包括单精度（float）、双精度（double）和长双精度（long double）三种类型。

  3. 字符型（char）- 存储单个字符，包括有符号和无符号两种类型。

  4. 指针类型（pointer）- 存储内存地址，可以指向其他数据类型。

         但是，仅仅有这些类型是无法描述一些对象的特征的，比如：一个人的多个信息，一个家庭的多个成员等等，那么这时候，就要用到结构体类型来描述一个比较复杂的对象。

        结构体类型就像其他简单数据类型（int，float，double）一样，也是一种数据类型，但是它比较复杂，可以包含多个 简单的数据类型， 这些被包含的数据类型可以是不同的类型。

 

         总之，结构体是为了描述复杂对象而引入的一种新的数据类型。

 结构的声明

        C语言中，结构体（struct）是一种自定义的数据类型，可以将不同的数据类型组合在一起形成一个 新的 数据类型。结构体的定义格式如下：

struct 结构体名称
{数据类型1 成员变量1;数据类型2 成员变量2;...
} 创建的同类型结构体名称;

         有了结构体类型，我们就可以描述复杂对象的特征。例如，要描述一个家庭的成员的信息，可以：

        创建结构体类型Person——包含变量字符串型name, 整型age, 双精度浮点型heignt；

        创建结构体类型Family——包含结构体类型Person, 字符串型location；

 代码如下：

​//声明Person结构体类型struct Person {char name[20];int age;double height;
};//声明Family结构体类型struct Family
{struct Person;char location[10];
}Family_of_my;​

从上述代码可以得出：

        结构体名称 根据具体的实际意义来决定。

        成员变量可以有多个，每个成员变量的数据类型可以是任意数据类型，包括简单数据类型和复杂数据类型。也就是说，一个结构体内部可以再嵌套包含一个结构体类型。

 

        总结，结构体内部的数据类型多样，可以是简单类型，也可以是复杂类型。

 

创建和初始化

        结构体的初始化可以按照不同方式进行：

        1.按照结构体内部元素顺序

        2.按照指定顺序

#include <stdio.h>
struct Stu
{char name[20];//名字int age;//年龄char sex[5];//性别char id[20];//学号};int main()
{//按照结构体成员的顺序初始化struct Stu s = { "张三", 20, "男", "20230818001" };printf("name: %s\n", s.name);printf("age : %d\n", s.age);printf("sex : %s\n", s.sex);printf("id : %s\n", s.id);//按照指定的顺序初始化struct Stu s2 = { .age = 18, .name = "lisi", .id = "20230818002", .sex = "⼥printf("name: %s\n", s2.name);printf("age : %d\n", s2.age);printf("sex : %s\n", s2.sex);printf("id : %s\n", s2.id);return 0;}

        总结， 初始化可以按照正常顺序，还可按照指定顺序。

 内部元素的使用；

        要用到结构体操作符。 

​
​
#include <stdio.h>
struct Stu
{char name[20];//名字int age;//年龄char sex[5];//性别char id[20];//学号};int main()
{//按照结构体成员的顺序初始化struct Stu s = { "张三", 20, "男", "20230818001" };printf("name: %s\n", s.name);printf("age : %d\n", s.age);printf("sex : %s\n", s.sex);printf("id : %s\n", s.id);//按照指定的顺序初始化struct Stu* s2 = &s;printf("name: %s\n", s2->name);printf("age : %d\n", s2->age);printf("sex : %s\n", s2->sex);printf("id : %s\n", s2->id);return 0;}​​

 

         总结，要使用结构体内部元素，要用到结构体操作符：

.  和 ->

用例：

结构体.成员名

结构体指针->成员名

特殊声明：

        在声明结构的时候，可以不完全的声明。也就是，可以省略结构体的标签。

例如：

//匿名结构体类型
struct
{
int a;
char b;
float c;
}x；struct
{
int a;
char b;
float c;
}a[20], *p;

        但是，这两个匿名的类型完全一致的结构体是同一个结构体类型吗？

也就是说：

p = &x;

        这段代码合法吗？

        经过测试，编译器会把上面的两个声明当成完全不同的两个类型，所以是⾮法的。
匿名的结构体类型，如果没有对结构体类型重命名的话，基本上只能使⽤⼀次。
 

 

结构体在内存中的对齐

        现在，我们已经对结构体有了一个基本的认识，那么，结构体的大小是如何计算的呢？

 

        我们先看一个实例：

计算下列两个结构体的大小：


//练习1
struct S1
{
char c1;
int i;
char c2;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S1));//练习2
struct S2
{
char c1;
char c2;
int i;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S2));

        我们可以先猜测：

        既然两个结构体内部的变量类型和数目完全一致，那么我们有理由猜测两个结构体大小相同，但是，实际情况并不是这样：

 

        其实，结构体在内存中的存储有一套自己的规则：

 首先，引入一个概念：

        对齐数

        对齐数=编译器默认的⼀个对齐数   和 该成员变量长度的较小值

        默认对齐数 ：

VS 中默认的值为 8 


Linux中gcc没有默认对⻬数，对⻬数就是成员⾃⾝的⼤⼩

结构体的基本对齐方法是：

        1.结构体的第⼀个成员对⻬到和结构体变量起始位置偏移量为0的地址处
        2.其他成员变量要对齐到对齐数的整数倍的地址处

结构体大小的计算：


        1.结构体总⼤⼩为最⼤对⻬数（结构体中每个成员变量都有⼀个对⻬数，所有对⻬数中最⼤的）的整数倍。


        2.如果嵌套了结构体的情况，嵌套的结构体成员对⻬到⾃⼰的成员中最⼤对⻬数的整数倍处，结构体的整体⼤⼩就是所有最⼤对⻬数（含嵌套结构体中成员的对⻬数）的整数倍。

 

        这样一来，我们分析上两个问题：

 

        对于s1，先放入char类型，由于char类型是1个字节，小于8（VS默认值），所以直接放在0地址处。

        值得一提，长度是1的char无论何时都不会浪费空间，它会直接顶着上一个数据的存储空间放置。

        int型，大小4字节，小于8（VS默认值），所以放在sizeof（int）的整数倍的地址处，也就是4开始，到7结束。

        char 紧跟着int型；

        由于最大对齐数是4，此时结构体的最小大小大于8，要满足4的整数倍，那么这个结构体的大小向上取 是12。

        对于s2 ：

        放入两个char，一个int后的结构体最小大小正好是8，那么结构体总大小就是8。

 

 

练习： 

int main(int argc, char* argv[])
{struct tagTest1{short a;char d; long b;   long c;   };struct tagTest2{long b;   short c;char d;long a;   };struct tagTest3{short c;long b;char d;   long a;   };struct tagTest1 stT1;struct tagTest2 stT2;struct tagTest3 stT3;printf("%d %d %d", sizeof(stT1), sizeof(stT2), sizeof(stT3));return 0;

        结果： 

 完~

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