结构尺寸的计算

结构中的成员可以具有不同的数据类型，并且成员按照定义的顺序存储在连续的内存空间中. 与数组不同，结构的大小并不是简单地将所有成员的大小相加. 存储结构变量时，需要考虑系统的地址对齐. 看一下这样的结构:

struct stu1

{

int i; //偏移量为0

字符c; //第一个成员的偏移量加上第一个成员的大小（0 + 4）

int j; //第二个成员的偏移量加上第二个成员的大小（4 + 1）

};

首先介绍一个相关的概念偏移. 偏移量是指结构变量中成员的地址与结构变量地址之间的差. 结构的大小等于最后一个成员的偏移量加上最后一个成员的大小. 显然，结构变量的第一个成员的地址是结构变量的第一个地址. 因此，第一成员i的偏移量为0. 第二成员c的偏移量为第一成员的偏移量加上第一成员的大小（0 + 4），其值为4；第三个成员的偏移量j是第二个成员的偏移量加上第二个成员的大小（4 + 1），该值为5.

实际上，由于存储变量时需要地址对齐，因此编译器在编译程序时将遵循两个原则:

首先，成员在结构变量中的偏移量必须是成员大小的整数倍（0被视为任何数字的整数倍）

第二，结构的大小必须是所有成员大小的整数倍.

与第一项相比，上例中前两个成员的偏移量满足要求，但第三个成员的偏移量为5，这不是其自身大小（int）的整数倍. 处理时，编译器将在第二个成员之后添加3个空字节，以使第三个成员的偏移量变为8.

比较第二个项目，结构的大小等于最后一个成员的偏移量加上它的大小. 上例中计算出的大小为12，符合要求.

看看满足第一条规则而不满足第二条规则的情况

struct stu2

{

int k;

短t;

};

成员k的偏移量为0；成员t的偏移量为4，无需调整. 但是计算得出的大小为6，这显然不是成员k大小的整数倍. 因此，编译器将在成员t之后添加2个字节，以便结构的大小变为8以满足第二个要求. 可以看出，在定义结构类型时，需要考虑字节对齐. 不同的顺序将影响结构的大小. 比较以下两个定义顺序

struct stu3

{

char c1; //偏移量为0符合要求

int i; //偏移量为1，结构变量中成员的偏移量必须是成员大小的整数倍（0被视为任何数字的整数倍），因此偏移量应为4 <

char c2; //偏移量为8（偏移量4 + int大2小4），符合要求

}

计算sizeof（stu3）= 1 + 8 = 9，但9不是int的整数倍，因此最终大小为12

struct stu4

{

char c1; //偏移量为0符合要求

char c2; ////偏移量为1以满足要求

int i; //偏移量为2不符合要求，因此偏移量为4

}

计算sizeof（stu4）= 4 + 4 = 8，8是int的整数倍，所以最终大小是8

如果结构的成员是另一种类型的结构，应如何计算它们？只是扩大它. 但是，应注意，扩展结构的第一成员的偏移量应为扩展结构中最大成员的整数倍. 请参见以下示例:

struct stu5

{

简短的我；

结构

{

字符c;

int j;

} ss;

int k;

}

结构stu5的成员ss.c的偏移量应为4，而不是2. 整个结构的大小应为16.

以下是一些补充:

一个. 什么是字节对齐？为什么要对齐？

现代计算机中的内存空间按字节划分. 从理论上讲，对任何类型的变量的访问似乎都可以从任何地址开始，但是实际情况是，当访问特定类型的变量时，它通常位于特定的内存地址. 访问，它要求根据特定规则在空间中排列各种类型的数据，而不是一个接一个地排列，这就是对齐.

对齐的作用和原因: 每个硬件平台处理存储空间的方式都非常不同. 某些平台只能从某些地址访问某些类型的数据. 例如，某些体系结构的CPU在访问未对齐的变量时将遇到错误. 然后，在此架构下进行编程必须确保字节对齐. 其他平台可能没有这种情况，但是最常见的是如果它们不适合这种情况. 该平台需要对齐数据存储，这将导致访问效率下降. 例如，某些平台每次都从偶数地址开始. 如果将int类型（假定为32位系统）存储在偶数地址的开头，则可以在一个读取周期中读取32位，如果将其存储在奇数地址中，则在开始时需要2次读取周期，两次读取结果的高字节和低字节拼凑在一起，以获得32位数据. 显然，读取效率下降很多.

两个. 编译器遵循什么原则？

让我们首先看看四个重要的基本概念:

1. 数据类型本身的对齐值:

对于char型数据，其自身的对齐值为1，对于short型为2，对于int计算结构体大小，float和double型，其自对齐值为4，单位字节.

2. 结构或类的自对准值: 在其成员中具有最大自对准值的那个.

3. 指定对齐值: 指定对齐值时#pragma pack（值）.

4. 数据成员，结构和类的有效对齐值: 自对齐值和指定的对齐值中较小的一个.

使用这些值，我们可以轻松地讨论特定数据结构的成员及其自身的对齐方式. 有效对齐值N是最终用于确定数据如何存储在地址中的值，并且是最重要的值. 有效地对齐N表示“对齐N”，这意味着数据的“存储起始地址％N = 0”. 数据结构中的数据变量按定义的顺序排列. 第一个数据变量的起始地址是数据结构的起始地址. 结构的成员变量应对齐并释放，并且结构本身应根据其自身的有效对齐值进行四舍五入（即，结构成员变量的总长度应为的有效对齐值的整数倍）的结构，并结合以下示例进行理解）. 这使得无法理解上述示例的值.

示例分析:

分析示例B；

结构B

{

字符b;

int a;

short c;

};

假定B从地址空间0x0000开始. 在此示例中，未定义指定的对齐值. 在作者的环境中，该值默认为4. 第一个成员变量b的自对准值是1，小于指定的或默认指定的对准值4，因此其有效对准值为1，因此其存储地址0x0000符合0x0000％1 = 0. 第二个成员变量a，自对准值为4，因此有效对准值也为4，因此它只能存储在四个连续的字节空间中计算结构体大小，起始地址为0x0004至0x0007，重新检查0x0004％4 = 0，并且在第一个变量旁边. 第三个变量c，自对准值为2，因此有效对准值也为2，可以将其存储在两个字节空间0x0008至0x0009中，与0x0008％2 = 0一致. 因此，从0x0000到0x0009存储了B内容. 从数据结构B的自对准值来看，其变量（此处为b）的最大对准值为4，因此该结构的有效对准值也为4. 根据结构的圆度要求，从0x0009到0x0000 = 10字节（10 + 2）％4 = 0. 因此，结构B也占用了0x0000A到0x000B. 因此，B具有从0x0000到0x000B的12个字节，sizeof（struct B）= 12;实际上，如果是这种情况，它将满足字节对齐方式，因为其起始地址为0，因此必须对齐. 是的，之所以在后面添加2个字节是因为编译器为了实现结构数组的访问效率，想象一下，如果我们定义结构B的数组，那么第一个结构的起始地址为0，但是那又怎么样呢？第二种结构？根据数组的定义，数组中的所有元素都彼此相邻. 如果我们不将结构的大小加到4的整数倍，则下一个结构的起始地址将是0x0000A，这显然是无法满足该结构的地址对齐的，因此我们需要将该结构添加到有效对齐大小的整数倍. 实际上，例如: 对于char数据，其自身的对齐值是1，对于short类型是2，对于int，float类型，其自对齐值是4，而double自对齐值是8. 自对准值的类型也基于数组考虑，但是由于这些类型的长度已知，因此它们的自对准值也是已知的.

类似地，分析上面的示例C:

#pragma pack（2）/ *指定2字节对齐* /

结构C

{

字符b;

int a;

short c;

};

#pragma pack（）/ *取消指定的对齐方式并恢复默认对齐方式* /

第一个变量b的自对准值是1，指定的对准值是2. 因此，其有效对准值是1. 假定C从0x0000开始，则b存储在0x0000，这是一致的0x0000％1 = 0;这两个变量的自对准值为4，指定的对准值为2，因此有效对准值为2，因此顺序存储在四个连续的字节0x0002、0x0003、0x0004、0x0005中，与0x0002％2一致= 0. 第三个变量c的自对准值为2，因此有效对准值为2，并按顺序存储

在0x0006、0x0007中，它是0x0006％2 = 0. 因此，从0x0000到0x00007总共有八个字节是C变量. 并且C的自对准值为4，因此C的有效对准值为2. 8％2 = 0，C仅占用从0x0000到0x0007的八个字节. 因此sizeof（struct C）= 8.

三个. 如何修改编译器的默认对齐值？

1. 在VC IDE中，可以对其进行如下修改: [Project] | [Settings]，“ c / c ++”选项卡“ Category Code Generation”选项“ Struct Member Alignment Modification”，默认值为8个字节.

2. 编码时，您可以像这样动态修改它: #pragma pack.

本文来自电脑杂谈，转载请注明本文网址：
http://www.pc-fly.com/a/jisuanjixue/article-250173-1.html