C++结构体字节对齐和共用体大小

时间：2022-04-21 14:07:15

1、结构体内存对齐

结构体内存对齐在笔试和面试中经常被问到，所以做个总结

通过代码验证不同结构体的内存大小：

#include <stdio.h>
struct Node1{
  char c1;
  int val1;
  char c2;
};
struct Node2{
  char c1;
  char c2;
  int val1;
};
struct Node3{
  char c1;
  char array[10];
};
struct Node4{
  char val1;
  int arrar[10];
};
int main(){
  printf("Node1 size = %d\n",sizeof(struct Node1));
  printf("Node2 size = %d\n",sizeof(struct Node2));
  printf("Node3 size = %d\n",sizeof(struct Node3));
  printf("Node4 size = %d\n",sizeof(struct Node4));

  return 0;
}

代码运行结果为：

C++结构体字节对齐和共用体大小

通过上述代码运行结果可以发现Node1和Node2定义了相同个数的变量，但是Node1的大小为12，Node2的大小为8，这是为什么呢？

这里首先明确两个概念：对齐数和最大对齐数，在结构体中对齐数就是每个成员类型的大小，如Node1中，对齐数为{1，4，1}，在数组中，对齐数不是数组的大小，而是数组成员的大小，所以Node3的对齐数为{1，1}，Node4的对齐数为{1，4}。最大对齐数是对齐数中的最大值（gcc编译器），最大对齐数可能受编译器的影响，通常编译器会有编译器对齐数，最大对齐数应该是编译器对齐数和结构体最大对齐数中较小值，如VS编译器对齐数为8，如果结构体的最大对齐数为16，那么计算结构体的最大对齐数应该为8。我的编译器为gcc，所以最大对齐数为结构体对齐数中的最大值。

知道最大对齐数后，就可以计算结构体的大小了，需要明确结构体的大小一定是最大对齐数的整数倍。那么Node1和Node2的成员类型是一样的，为什么Node1的大小为12字节，Node2的大小为8字节呢。这是因为结构体内存的连续性，在存储容量没有到最大对齐数的内存大小时，只要能够保存这个成员，结构体就会将该成员变量保存在一个最大对齐树的内存空间内。这样就避免了内存的过度浪费。

所以，上述各结构体的内存大小计算方式如下：

  • sizeof（Node1）= 1 + 3（浪费）+ 4 + 1 + 3（浪费） = 12
  • sizeof（Node2）= 1 + 1 + 2（浪费）+ 4 = 8
  • sizeof（Node3） = 1 + 1 * 10 = 11
  • sizeof（Node4） = 1 + 3（浪费）+ 4 * 10 = 44

那么结构体嵌套结构体的大小应该怎么计算呢？举以下例子：

#include <stdio.h>
struct Node1{
  char c1;
  int val1;
  char c2;
};
struct Node2{
  char c1;
  struct Node1 node;
  double val1;
};

int main(){
  printf("Node1 size = %d\n",sizeof(struct Node1));
  printf("Node2 size = %d\n",sizeof(struct Node2));
  return 0;
}

代码运行的结果为：

可以明确，嵌套结构体的对齐数为所嵌套结构体的最大对齐数，所以Node1的对齐数为{1，4，1}，Node2的对齐数为{1，4，8}，最大对齐数分别为4和8，则代码里两个结构体的大小计算方式为：

  • sizeof（Node1）= 1 + 3（浪费）+ 4 + 1 + 3（浪费） = 12
  • sizeof（Node2）= 1 + 7（浪费）+ 12 + 4（浪费）+ 8 = 24

 

2、共用体的内存大小

对于以下共用体，读取它大小的代码如下：

#include <stdio.h>

union un1{
  int val;
  char c;
  double d;
};
union un2{
  int val;
  char array[5];
};

int main(){
  printf("un1 size = %d\n",sizeof(union un1));
  printf("un2 size = %d\n",sizeof(union un2));
  return 0;
}

代码运行结果为：

C++结构体字节对齐和共用体大小

共用体之所以叫共用体，就是因为它的成员变量共享内存，既然共享内存，那么共用体占用的内存空间一定要可以保存内存最大的成员类型，而un1的最大内存成员为double型，大小为8字节，所以un1的大小为8字节，那么un2的内存大小为什么不是5呢？这是因为要内存对齐，共用体也遵循内存对齐原则，un2的最大对齐数是4，因此un2的大小应该是4的整数倍数，所以，sizeof（un2）= 8.

 

3、枚举的大小

这里顺带提一下枚举的内存大小，代码验证如下：

#include <stdio.h>

enum Colour {
  RED,
  GREEN,
  BLUE
};
enum ProgramLanguage {
  python = 0xffffffffff,
  c = 8,
  java
};

int main()
{
  printf("Colour size = %d\n",sizeof(enum Colour));
  printf("ProgramLanguage size = %d\n",sizeof(enum ProgramLanguage));
  return 0;
}

代码运行结果为：

C++结构体字节对齐和共用体大小

可见枚举类型的大小是编译器根据定义的值自行给定的，实际使用中很少会超出4字节大小。

到此这篇关于C++结构体字节对齐和共用体大小的文章就介绍到这了,更多相关结构体字节对齐和共用体大小内容请搜索服务器之家以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持服务器之家！

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