C語言中自定義類型詳解

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結構大小

我們先隨便給出一個結構體，為瞭計算他的大小，我給出完整的打印方案：

typedef struct num
{
	char c;
	int n;
	char cc;
}num;

int main()
{
	printf("%d\n", sizeof(num));
	return 0;
}

好瞭，按道理來說我計算一個結構體大小就看他的各個成員需要消耗多大的空間， num 結構體中三個成員分別是 char ，int ，char 類型，對應 1 ， 4， 1 字節大小，這麼說來隻需要 6 字節空間就ok瞭；但是——我們看看打印結果：

在這裡插入圖片描述

你說整點小誤差就算瞭，好傢夥直接歪瞭兩倍出來，why？要解釋這個問題這就需要引入 offsetof

offsetof

嘛是 offsetof，本質上他是個宏，C 語言庫宏 offsetof 會生成一個類型為 size_t 的整型常量（size_t是標準C庫中定義的，在64位系統中為long long unsigned int），它是一個結構成員相對於結構開頭的字節偏移量。聲明為：

offsetof(type, member-designator)

其中結構體成員是由 member-designator 給定的，結構體的名稱是在 type 中給定的，需要<stddef.h>頭文件支持。

我們就來康康各個成員的偏移量究竟是多少

#include<stddef.h>
int main()
{
	printf("%d\n", offsetof(num,c));
	printf("%d\n", offsetof(num, n));
	printf("%d\n", offsetof(num, cc));
	return 0;
}

結果如下：

在這裡插入圖片描述

我們可以清楚的看到剛剛的 12 的組成是怎麼來的瞭，我們知道偏移量單位是字節，我們的 0，4，8 三個偏移量單位也就是字節，num 在內存中開始存儲的位置相對於第一個成員進去的位置偏移量為0，也就是在同一個位置，第一個字節偏移量為 0，第二個字節偏移量為 1，第三個字節偏移量為2，以此類推。

我們搞個圖來具象一下這個過程（手殘ppt）

在這裡插入圖片描述

c，cc 是一個字節的 char 類型，n 是四字節的 int 類型，所以實際上我們利用的空間就隻有上面的有顏色部分。

那麼新的問題又來瞭，為什麼會有空白部分（偏移量為1,2,3和未畫出的12）？空白部分又幹什麼去瞭？ 那我們就要明白結構體的對齊規則。

結構體對齊規則

1. 結構體第一個成員存在於結構體偏移量為 0 的地址處，也就是同起點開始。
2.其他成員變量要對齊到某個數字（對齊數）整數倍的地址處。地址數等於編譯器默認的一個對齊數與該成員大小的較小值（我所使用的編譯器是 vs 2019，vs中默認的值為 8，但 Linux環境無默認對齊數，對齊數就是成員自身大小）
3. 結構體總大小是最大對齊數的整數倍
4. 如果嵌套瞭結構體的情況，嵌套的結構體對齊到自己的最大對齊數的整數倍處，結構體的整體大小就是所有最大對齊數的整數倍。

解釋：

第一條很好理解吧，我們第二條就拿成員 n 來說，n 的大小為 4編譯器默認對齊數為 8，取 4,8 中的較小值 4 作為對齊數。

第三條的最大對齊數如何理解呢？其實就是所有成員中對齊數最大的那個，三個成員對齊數分別是 1，4，1 ，取最大值就是 4，要是 4 的整數倍才行，我們剛好取完最後一個成員 cc 對齊數是8，整個空間 0-8 大小就是 9，9不是4 的倍數我們扔掉，然後繼續浪費掉三個空間直到來到我們的 12，滿足條件跳出。

舉個栗子：

struct num2
{
double d;
char c;
int n;
};

我們按照規則畫出他的內存分佈：

在這裡插入圖片描述

因為 double 類型是 8 個字節，作為最大的成員，對齊數就是 8，從 0-15 大小為 16，16 是 8 的整數倍，因此結構體大小就是 16。嵌套情況不贅述，和一般情況同理。

存在原因

==So，為什麼結構體會存在這種對齊機制呢 ？==兩個方面：

從移植性的角度：平臺不一樣功能不一樣，非所以硬件平臺都可以訪問任意地址上的任意數據，某些硬件平臺隻能在特定地址上取得特定的數據類型，否則就會硬件異常

從性能的角度：數據結構尤其是棧這種，應該盡可能的從自然邊界上對齊，原因就是為瞭訪問內存，處理器需要對散序的空間作兩次內存訪問；而對齊的內存僅僅需要一次，也就是我們常用的手法：用空間換時間

如果說在結構對齊方式不合適的時候，我們能自己更改默認對齊數來提高性能嗎？ 當然可以！

#pragma pack(num) 
{
……
return 0;
}
#pragma pack()

這個宏可以取消默認對齊數，括號裡 num 設置成自己滿意的對齊數，最後再用這個宏取消自己的設置即可。

今天就到這裡吧，摸瞭傢人們。

總結

到此這篇關於C語言中自定義類型詳解的文章就介紹到這瞭,更多相關C語言自定義類型內容請搜索WalkonNet以前的文章或繼續瀏覽下面的相關文章希望大傢以後多多支持WalkonNet！

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