C++結構體字節對齊和共用體大小
1、結構體內存對齊
結構體內存對齊在筆試和面試中經常被問到,所以做個總結
通過代碼驗證不同結構體的內存大小:
#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; }
代碼運行結果為:
通過上述代碼運行結果可以發現Node1
和Node2
定義瞭相同個數的變量,但是Node1的大小為12,Node2的大小為8,這是為什麼呢?
這裡首先明確兩個概念:對齊數和最大對齊數,在結構體中對齊數就是每個成員類型的大小,如Node1中,對齊數為{1,4,1},在數組中,對齊數不是數組的大小,而是數組成員的大小,所以Node3的對齊數為{1,1},Node4的對齊數為{1,4}。最大對齊數是對齊數中的最大值(gcc編譯器),最大對齊數可能受編譯器的影響,通常編譯器會有編譯器對齊數,最大對齊數應該是編譯器對齊數和結構體最大對齊數中較小值,如VS編譯器對齊數為8,如果結構體的最大對齊數為16,那麼計算結構體的最大對齊數應該為8。我的編譯器為gcc,所以最大對齊數為結構體對齊數中的最大值。
知道最大對齊數後,就可以計算結構體的大小瞭,需要明確結構體的大小一定是最大對齊數的整數倍。那麼Node1和Node2的成員類型是一樣的,為什麼Node1的大小為12字節,Node2的大小為8字節呢。這是因為結構體內存的連續性,在存儲容量沒有到最大對齊數的內存大小時,隻要能夠保存這個成員,結構體就會將該成員變量保存在一個最大對齊樹的內存空間內。這樣就避免瞭內存的過度浪費。
所以,上述各結構體的內存大小計算方式如下:
- sizeof(Node1)= 1 + 3(浪費)+ 4 + 1 + 3(浪費) = 12
- sizeof(Node2)= 1 + 1 + 2(浪費)+ 4 = 8
- sizeof(Node3) = 1 + 1 * 10 = 11
- sizeof(Node4) = 1 + 3(浪費)+ 4 * 10 = 44
那麼結構體嵌套結構體的大小應該怎麼計算呢?舉以下例子:
#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; }
代碼運行的結果為:
可以明確,嵌套結構體的對齊數為所嵌套結構體的最大對齊數,所以Node1的對齊數為{1,4,1},Node2的對齊數為{1,4,8},最大對齊數分別為4和8,則代碼裡兩個結構體的大小計算方式為:
- sizeof(Node1)= 1 + 3(浪費)+ 4 + 1 + 3(浪費) = 12
- sizeof(Node2)= 1 + 7(浪費)+ 12 + 4(浪費)+ 8 = 24
2、共用體的內存大小
對於以下共用體,讀取它大小的代碼如下:
#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; }
代碼運行結果為:
共用體之所以叫共用體,就是因為它的成員變量共享內存,既然共享內存,那麼共用體占用的內存空間一定要可以保存內存最大的成員類型,而un1的最大內存成員為double型,大小為8字節,所以un1的大小為8字節,那麼un2的內存大小為什麼不是5呢?這是因為要內存對齊,共用體也遵循內存對齊原則,un2的最大對齊數是4,因此un2的大小應該是4的整數倍數,所以,sizeof(un2)= 8.
3、枚舉的大小
這裡順帶提一下枚舉的內存大小,代碼驗證如下:
#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; }
代碼運行結果為:
可見枚舉類型的大小是編譯器根據定義的值自行給定的,實際使用中很少會超出4字節大小。
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