云里雾里的sizeof(结构体)

来源:互联网 发布:越南游戏市场软件 编辑:程序博客网 时间:2024/05/16 10:52
问题是这样开始的:#include <stdio.h>struct{       long a;       char b;       short c;       char d;}y;struct{       long a;       short b;       char d;       int c;}yy;struct{       long a;       short b;       int c;       char d;}yyy;struct{       char a;       short b;       long c;       char d;       char e;}yyyy;struct{       long a;       short b;       long c;       char d;       char e;}yyyyy;main(){ printf("y=%d\n",sizeof(y)); printf("yy=%d\n",sizeof(yy)); printf("yyy=%d\n",sizeof(yyy)); printf("yyyy=%d\n",sizeof(yyyy)); printf("yyyyy=%d\n",sizeof(yyyyy));   return 0;}被sizeof(struct)弄晕了大半天,上面的sizeof(结构体)后的字节大小,怪异得很,比如yy与yyy结构体,只是把int c位置移动一下,得出来的结果却不同了。当然其他几个也是晕乎乎的,主要可能没弄懂其中本质的东西。目前运行结果为:y=12yy=12yyy=16yyyy=12yyyyy=16解答从这里开始:
struct{       long a;       char b;       short c;       char d;}y;在y里面:我写了这么一个代码:struct y temp;  printf("%d\n%d\n%d\n%d\n",&temp.a,&temp.b,&temp.c,&temp.d);结果是:1245044124504812450501245022这个上面的是地址,是y里面的a,b ,c ,d的里面的地址,我想你用的是VC,那么它是按照四个字节来对齐的,a占四个地址,b占一个,c两个,d一个,struct{       long a;//1245044       char b;//1245048       short c;//1245050       char d;//1245052}y;考虑到字节对齐的情况,有看我上面给你的答案,就很容易理解了a有四个,b占一个,但是c是从1245050开始的,也就是说空了以个地址为:1245049这里是补在b后面的,不足的就用0来补了,bc两个在一起占了四个字节,那么前面的abc加起来就是8个了,那么d是一个字节,应为是四个字节对齐,不足要补齐四个字节,那么d占了四个字节所以一共才是 12个字节struct{       long a;//4       short b;//2       char d;//1       int c;//4}yy;考虑到对齐的情况:4+4+4=12   b占了两个,d占了一个,但是不足的应该补齐,所以bd一共占了四个struct{       long a;       short b;       int c;       char d;}yyy;a=4;b=2;c =4 d = 1这里注意了,a 占四个,b占两个,四个字节对齐要补两个,c占四个,d占一个,那么不足要补齐三个  所以是:4+4+4+4=16struct{       char a;       short b;       long c;       char d;       char e;}yyyy;a后面补了一个,和b一共占有4个,c四个,de一共占了四个4+4+4=12struct{       long a;       short b;       long c;       char d;       char e;}yyyyy;a=4 b占了两个,那么要补两个,c占了四个,de占了四个4+4+4+4=16你要看它后面的那个和前面的那个的和是不是大于4的,所以为什么要补齐,你看看我下面给你的资料,除了struct,还有union的建议:如果你在开始的是这么定义一下:#pragma pack(push)#pragma pack(1)//注意这里括号里是1struct{       long a;       char b;       short c;       char d;}y;#pragma pack(pop)那么现在大小是什么呢?答案是:4+1+2+1=8它是按一个字节对齐的。为什么?你看下面的资料吧以下是资料:typedef union //定义共用体 {  long i;  //long 四个字节 int k[5]; //int 四个字节   4*5 = 20 char c; //char 一个字节:}DATE; 上面的结构体是联合:联合的结构体取中间最大的就可以了,因为他们是公用的,所以找到最大的空间,那么小的也能装在大的里面,如果你取小的,那么大的就不能装在小的里面了;分析一下:上面最大的是:20struct date //定义结构体 {  int cat; //int 四个字节 DATE cow; //DATE 一个联合体:20个字节 double dog; //double 8个字节}too; //上面的结构体不是联合的,所以:就应该是4+20+8 = 32因此答案就是:20+32 =52我个人觉得如果你要对结构体了解的话,这个事远远不够的比如说:struct date //定义结构体 {  int cat; //int 四个字节 DATE cow; //DATE 一个联合体:20个字节 double dog; //double 8个字节         char a;}too; 如果考虑对齐的话:我在上面的结构体里加了一个char a,那么现在结构体多大呢  你说是53,54,56,这样其实都是对的?为什么呢?因为这个要取决于你的机器是按什么对齐的。看下面的一段代码:#pragma pack(push)#pragma pack(n)struct date //定义结构体 {  int cat; //int 四个字节 DATE cow; //DATE 一个联合体:20个字节 double dog; //double 8个字节char a;}too; #pragma pack(pop)对于这个结构体:对齐方式就取决于#pragma pack(n)中n的取值了,如果n=4,那么上面的结构体就是:56,如果n = 1,那么就是53,n=2那么就是54,切忌这里的N只能为:1,2 ,  4,  8不过现在的计算机的内存都很大了,不需要节省内存,一般都是四个字节对齐的。默认的是四个字节,但是在嵌入式领域里,一般都是按一个字节对齐的。下面为了加深你的了解:给你点资料。呵呵DATE maxx; #pragma pack(pop)int main() { printf("%d",sizeof(struct date)+sizeof(maxx)); /*相当于struct date这个结构体所占空间大小加上DATE max这个结构体所占空间的大小。*/ return 0;} 这是初学者问得最多的一个问题,所以这里有必要多费点笔墨。让我们先看一个*结构*体:struct S1{char c;int i;};问*sizeof*(s1)*等*于多少?聪明的你开始思考了,char占1个字节,int占4个字节,那么加起来就应该是5。是这样吗?你在你机器上试过了吗?也许你是对的,但很可能你是错的!VC6中按默认设置得到的结果为8。Why?为什么受伤的总是我?请*不*要沮丧,我们来好好琢磨一下*sizeof*的定义——*sizeof*的结果*等*于对象或者类型所占的内存字节数,好吧,那就让我们来看看S1的内存分配情况:S1 s1 = {  a , 0xFFFFFFFF };定义上面的变量后,加上断点,运行程序,观察s1所在的内存,你发现了什么?以我的VC6.0为例,s1的地址为0x0012FF78,其数据内容如下:0012FF78: 61 CC CC CC FF FF FF FF发现了什么?怎么中间夹杂了3个字节的CC?看看MSDN上的说明:When applied to a structure type or variable, *sizeof* returns theactual size,which may include padding bytes inserted for alignment.原来如此,这就是传说中的字节对齐啊!一个重要的话题出现了。为什么需要字节对齐?计算机组成原理教导我们这样有助于加快计算机的取数速度,否则就得多花指令周期了。为此,编译器默认会对*结构*体进行处理(*实际*上其它地方的数据变量也是如此),让宽度为2的基本数据类型(short*等*)都位于能被2整除的地址上,让宽度为4的基本数据类型(int*等*)都位于能被4整除的地址上,以此类推。这样,两个数中间就可能需要加入填充字节,所以整个*结构*体的*sizeof*值就增长了。让我们交换一下S1中char与int的位置:struct S2{int i;char c;};看看*sizeof*(S2)的结果为多少,怎么还是8?再看看内存,原来成员c后面仍然有3个填充字节,这又是为什么啊?别着急,下面总结规律。字节对齐的细节*和*编译器实现相关,但一般而言,满足三个准则:1) *结构*体变量的首地址能够被其最宽基本类型成员的大小所整除;2) *结构*体每个成员相对于*结构*体首地址的偏移量(offset)都是成员大小的整数倍,如有需要编译器会在成员之间加上填充字节(internal adding);3) *结构*体的总大小为*结构*体最宽基本类型成员大小的整数倍,如有需要编译器会在最末一个成员之后加上填充字节(trailing padding)。对于上面的准则,有几点需要说明:1) 前面*不*是说*结构*体成员的地址是其大小的整数倍,怎么又说到偏移量了呢?因为有了第1点存在,所以我们就可以只考虑成员的偏移量,这样思考起来简单。想想为什么。*结构*体某个成员相对于*结构*体首地址的偏移量可以通过宏offsetof()来获得,这个宏也在stddef.h中定义,如下:#define offsetof(s,m) (size_t)&(((s *)0)->m)例如,想要获得S2中c的偏移量,方法为size_t pos = offsetof(S2, c);// pos*等*于42) 基本类型是指前面提到的像char、short、int、float、double这样的内置数据类型,这里所说的“数据宽度”就是指其*sizeof*的大小。由于*结构*体的成员可以是复合类型,比如另外一个*结构*体,所以在寻找最宽基本类型成员时,应当包括复合类型成员的子成员,而*不*是把复合成员看成是一个整体。但在确定复合类型成员的偏移位置时则是将复合类型作为整体看待。这里叙述起来有点拗口,思考起来也有点挠头,还是让我们看看例子吧(具体数值仍以VC6为例,以后*不*再说明):struct S3{char c1;S1 s;char c2};S1的最宽简单成员的类型为int,S3在考虑最宽简单类型成员时是将S1“打散”看的,所以S3的最宽简单类型为int,这样,通过S3定义的变量,其存储空间首地址需要被4整除,整个*sizeof*(S3)的值也应该被4整除。c1的偏移量为0,s的偏移量呢?这时s是一个整体,它作为*结构*体变量也满足前面三个准则,所以其大小为8,偏移量为4,c1与s之间便需要3个填充字节,而c2与s之间就*不*需要了,所以c2的偏移量为12,算上c2的大小为13,13是*不*能被4整除的,这样末尾还得补上3个填充字节。最后得到*sizeof*(S3)的值为16。通过上面的叙述,我们可以得到一个公式:*结构*体的大小*等*于最后一个成员的偏移量加上其大小再加上末尾的填充字节数目,即:*sizeof*( struct ) = offsetof( last item ) + *sizeof*( last item ) +*sizeof*( trailing padding )到这里,朋友们应该对*结构*体的*sizeof*有了一个全新的认识,但*不*要高兴得太早,有一个影响*sizeof*的重要参量还未被提及,那便是编译器的pack指令。它是用来调整*结构*体对齐方式的,*不*同编译器名称*和*用法略有*不*同,VC6中通过#pragma pack实现,也可以直接修改/Zp编译开关。#pragma pack的基本用法为:#pragma pack( n ),n为字节对齐数,其取值为1、2、4、8、16,默认是8,如果这个值比*结构*体成员的*sizeof*值小,那么该成员的偏移量应该以此值为准,即是说,*结构*体成员的偏移量应该取二者的最小值,公式如下:offsetof( item ) = min( n, *sizeof*( item ) )再看示例:#pragma pack(push) // 将当前pack设置压栈保存#pragma pack(2)// 必须在*结构*体定义之前使用struct S1{char c;int i;};struct S3{char c1;S1 s;char c2};#pragma pack(pop) // 恢复先前的pack设置计算*sizeof*(S1)时,min(2, *sizeof*(i))的值为2,所以i的偏移量为2,加上*sizeof*(i)*等*于6,能够被2整除,所以整个S1的大小为6。同样,对于*sizeof*(S3),s的偏移量为2,c2的偏移量为8,加上*sizeof*(c2)*等*于9,*不*能被2整除,添加一个填充字节,所以*sizeof*(S3)*等*于10。现在,朋友们可以轻松的出一口气了,还有一点要注意,“空*结构*体”(*不*含数据成员)的大小*不*为0,而是1。试想一个“*不*占空间”的变量如何被取地址、两个*不*同的“空*结构*体”变量又如何得以区分呢?于是,“空*结构*体”变量也得被存储,这样编译器也就只能为其分配一个字节的空间用于占位了。如下:struct S5 { };*sizeof*( S5 ); // 结果为18. 含位域*结构*体的*sizeof*前面已经说过,位域成员*不*能单独被取*sizeof*值,我们这里要讨论的是含有位域的*结构*体的*sizeof*,只是考虑到其特殊性而将其专门列了出来。C99规定int、unsigned int*和*bool可以作为位域类型,但编译器几乎都对此作了扩展,允许其它类型类型的存在。使用位域的主要目的是压缩存储,其大致规则为:1) 如果相邻位域字段的类型相同,且其位宽之*和*小于类型的*sizeof*大小,则后面的字段将紧邻前一个字段存储,直到*不*能容纳为止;2) 如果相邻位域字段的类型相同,但其位宽之*和*大于类型的*sizeof*大小,则后面的字段将从新的存储单元开始,其偏移量为其类型大小的整数倍;3) 如果相邻的位域字段的类型*不*同,则各编译器的具体实现有差异,VC6采取*不*压缩方式,Dev-C++采取压缩方式;4) 如果位域字段之间穿插着非位域字段,则*不*进行压缩;5) 整个*结构*体的总大小为最宽基本类型成员大小的整数倍。还是让我们来看看例子。示例1:struct BF1{char f1 : 3;char f2 : 4;char f3 : 5;};其内存布局为:|_f1__|__f2__|_|____f3___|____||_|_|_|_|_|_|_|_|_|_|_|_|_|_|_|_|0 3   7 8   1316位域类型为char,第1个字节仅能容纳下f1*和*f2,所以f2被压缩到第1个字节中,而f3只能从下一个字节开始。因此*sizeof*(BF1)的结果为2。示例2:struct BF2{char f1 : 3;short f2 : 4;char f3 : 5;};由于相邻位域类型*不*同,在VC6中其*sizeof*为6,在Dev-C++中为2。示例3:struct BF3{char f1 : 3;char f2;char f3 : 5;};非位域字段穿插在其中,*不*会产生压缩,在VC6*和*Dev-C++中得到的大小均为3。9. 联合体的*sizeof**结构*体在内存组织上是顺序式的,联合体则是重叠式,各成员共享一段内存,所以整个联合体的*sizeof*也就是每个成员*sizeof*的最大值。*结构*体的成员也可以是复合类型,这里,复合类型成员是被作为整体考虑的。所以,下面例子中,U的*sizeof*值*等*于*sizeof*(s)。union U{int i;char c;S1 s;};   1)提高存取效率   一般处理器是32位的,一次可以从内存中读取32位数据,一般分配给变量地址是4的倍数,如果你定义的结构成员横跨了32位边界,CPU要读取2次。这里就是浪费了时间。2)为了在不同处理器下兼容。  早期MIPS处理器只能读取4字节对齐的后的结构,非4倍数地址访问,会造成死机问题。3)VC一般默认8字节对齐是为了配合64位处理器,8也是4的倍数,因此也适合32位处理器。但就是浪费内存。4)内存紧张的嵌入式环境,常会需要1字节对齐 。。


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