结构体(对齐规则及举例)
概念
- 一种数据结构;
- C语言中聚合数据类型的一类;
- 可以被声明为变量、数组、指针等,用以实现比较复杂的数据结构;
- 是一系列元素的集合,这些元素被称为结构体成员;
- 结构体成员需要用结构体名访问。
结构体声明
struct A{ //struct是关键字, A是结构体标志
int a; //a,b是结构体成员列表
char b;
}s1; //s1是结构体变量
注意事项:
- 一般情况下,声明出现三个部分的两个部分即可(标志或者变量可省略)
- 结构体可以包含其他结构体,也可以包含指向自己的指针
- 结构体互相包含时,需要对其中一个进行不完整声明
结构体对齐规则
- 计算结构体大小不是元素单纯相加;
- 32位CPU取四个字节比一个字节更高效方便;
- 若每个元素首地址都是4的整数倍,取数据元素就能更高效方便;
- 每个特定平台上编译器都有自己的默认的对齐系数(对齐模数),可通过编译命令来改变这一系数;
-
#pragma pack(n);//n=1,2,4,8,16
,其中n就是你想要指定的系数。 - 一般情况下32位默认4字节对齐。
对齐原因
-
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的任意数据,某些硬件平台只能在某些地址处取某些特定类型的数据的,否则抛出硬件异常。 -
性能原因
数据结构(尤其是栈),应该尽可能在自然边界上对齐,因为在访问为对齐的内存时,处理器需要访问两次,而对齐的内存处理器只需要访问一次。
对齐规则
- 第一个成员在与结构体变量偏移量(offset)为0的地址处。
- 其他成员变量要对齐到对齐数的整数倍的地址处。
- 对齐数 = 对齐系数 与 该成员大小的较小值。
-
#pragma pack(n);
中的n就是对齐系数。 - VS中默认的值为8;linux中的默认值为4。
- 结构体总大小为最大对齐数(每个成员变量除了第一个成员都有一个对齐数)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。
举例说明对齐原则
1.下面的结构体大小分别是多大(假设32位机器)?
struct A {
char a; //1
char b; //1
char c; //1
};
//进行整体对齐,最大类型为1<对齐系数4,按1整体对齐,所以1+1+1=3
struct B {
int a; //4
char b; //1
short c;//2
};
//进行整体对齐,最大类型为4=对齐系数4,所以按4整体对齐4 1+2=3<4 对齐4 所以4+4=8
struct C {
char b; //1
int a; //4
short c;//2
};
//进行整体对齐,最大类型为4=对齐系数4,所以按4整体对齐 1<4(对齐4) 4=4 2<4(对齐4) 所以4+4+4=12
#pragma pack(2)
struct D {
char b; //1
int a; //4
short c;//2
};
//进行整体对齐,最大类型为4>对齐系数n(2),所以按2整体对齐 1<2(对齐2)4>2(2的倍数) 2=2 所以2+4+2=8
答案及解析:3 8 12 8
2. 有一个如下的结构体:
struct A{
long a1;
short a2;
int a3;
int *a4;
};
请问在64位编译器下用sizeof(struct A)计算出的大小是多少?
24
28
16
18
答案及解析:24
64位编译器下:指针8字节(一定不能忘记),题目不说默认4字节对齐
long a1; //8
short a2; //2 8+2=10(不是4的倍数)对齐到4的倍数12
int a3; //4 4+12=16(4的倍数)
int *a4; //8 8+16=24(4的倍数)
3.在32位cpu上选择缺省对齐的情况下,有如下结构体定义:
struct A{
unsigned a : 19;
unsigned b : 11;
unsigned c : 4;
unsigned d : 29;
char index;
};
则sizeof(struct A)的值为()
9
12
16
20
答案及解析16
题目不说,默认4字节对齐
19+11=30<32bit 4
4+29=33>32bit 4+4
1byte=8bit 1 对齐到 4
4+4+4+4=16
C++中的结构体struct—类
- 在C++中struct是对于C语言中struct的扩展,因为C++是面向对象的语言,可以描述对象的行为,所以在C++中struct内可以放函数,从而就具有类的功能,但又和class有一定的区别。
class和struct的区别
- class默认成员是私有的private,struct默认成员是公有的public
- class继承默认是私有的private,struct继承默认是公有的public
- C++中结构体可以不要struct关键字,C语言中除了typedef定义别名之外是必须要struct关键字。
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