结构体在内存中的存储

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@小白创作中心

结构体在内存中的存储

引用

CSDN

https://blog.csdn.net/djdjiejsn/article/details/136825013

本文详细探讨了C语言中结构体在内存中的存储方式，包括结构体成员的存储连续性、内存对齐规则、以及结构体的传参方式等。通过具体的代码示例和详细解释，帮助读者深入理解结构体在内存中的存储机制。

一.结构体的成员在内存中的存储是连续的吗？

先来看看下面代码：

#include<stdio.h>
struct stu
{
    char a;
    int b;
};
int main()
{
    printf("%zd\n", sizeof(struct stu));
    return 0;
}

如果直接连续存储，char 占用1个字节，int占用4个字节，结果打印5。

但是结果这的是如此吗？

所以结构体的数据不是连续储存的。

二.结构体内存对齐规则：（4个规则）

结构体的第一个成员对齐到和结构体变量起始位置偏移量为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（0，1，2...）的地址处。
每一个成员都有一个对齐数
---VS中的默认对齐数是8
---Linus中gcc没有默认对齐数，对齐数是成员自身的大小
用默认对其数和成员变量的大小进行比较，较小的就是对齐数。
例如：
int的对齐数大小是4字节，默认对齐数是8，所以较小的4。
则int的对齐数4，int只能从结构体起始位置偏移量为4的整倍数开始存放（4，8，12）。
结构体总大小为最大对齐数（结构体中每个成员变量都有一个对齐数，所有对齐数中最大的）的整数倍。
例如：如果结构题的最后一个成员存放完以后的结束偏移量是11，但是结构体里的最大对齐是4，那么结构体的总大小为12。
如果嵌套了结构体的情况，嵌套的结构体成员对齐到自己的成员中最大对齐数的整数倍处，结构体总大小是所有最大对齐数（含嵌套结构体中成员的对齐数）的整数倍。

三.分析最开始的代码：

根据对齐规则1，结构体的第一个成员对齐到结构体起始位置偏移量为0的地址处，char类型占一个字节。
此时偏移量来到1，下一步是要进行int。根据对齐规则2，int类型不能从偏移量为1（不是int对齐数的整倍数）的地方开始存放。所以int从偏移量为4的位置开始存放，大小是4个字节。
此时偏移量来到8，根据对齐规则3，结构体的总大小必须要是最大成员偏移量的整倍数。根据上面可知，char的偏移量是1，int的偏移量是4。现在偏移量是8，8是4的整倍数，所以struct stu的总大小是8个字节。

3.1训练一：

#include<stdio.h>
struct stu
{
    char a;
    int b;
    char c;
};
int main()
{
    printf("%zd\n", sizeof(struct stu));
    return 0;
}

char a从0到1，int 从4到8，char c从8到9，结构体总大小要是最大结构体成员对齐数的整数倍。9不是4的倍数，所以总大小是12；

3.2训练二：

char c[3]相当与三个char；

3.3训练三：

1，double a （ 08）；
2，char b （89）；
3，int c （12~16）；

3.4训练四：

对齐规则4：如果嵌套了结构体的情况，嵌套的结构体成员对齐到自己的成员中最大对齐数的整数倍处，结构体总大小是所有最大对齐数（含嵌套结构体中成员的对齐数）的整数倍。

#include<stdio.h>
struct stu1
{
    char a;
    int b;
};
struct stu2
{
    char a;
    struct stu1 s;
    int c;
};
int main()
{
    printf("%zd\n", sizeof(struct stu2));
    return 0;
}

stu1的总大小是8；最大对齐数是4；
分析stu2：
char a（0~~1），struct stu1 s（4~~12）；int c（12~16）；
struct的最大对齐数是4，嵌套的结构体成员对齐到自己的成员中最大对齐数的整数倍处，这里也就是对齐4；

四.为什么结构体不连续存储

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。假设一个处理器总是从内存中取8个字节，则地址必须是8的倍数。如果我们能保证将所有的double类型的数据的地址都对齐成8的倍数，那么就可以用一个内存操作来读或者写值了。否则，我们可能需要执行两次内存访问，因为对象可能被分放在两个8字节内存块中。
为了节省空间，我们可以尽可能把小类型（char）的放一起。

五.修改编译器的默认对齐数

#include<stdio.h>
#pragma pack(1)        //修改编译器默认对齐数为1；
struct stu
{
    char a;
    int b;
};
#pragma pack()         //取消默认对齐数为1；
int main()
{
    printf("%zd\n", sizeof(struct stu));
    return 0;
}