详解linux下C语言结构体对齐(内存对齐问题)

详解C语言结构体对齐(内存对齐问题)

 

 

 

  C语言结构体对齐也是老生常谈的话题了。内容虽然很基础，但一不小心就会弄错。我在刚开始接触的时候也会是很迷糊，通过编译器运行的结果总是和自己的不一样，使自己很苦恼。在网上查了很多的资料，但是说的都很迷糊，但是内存对齐是怎么回事呢？我将网上所说的东西和自己的了解总结一下，其实理解后是非常简单的东西。

首先说一下内存对齐的原则（测试基于linux fedora8）     

原则1、数据成员对齐规则：结构（struct或联合union）的数据成员，第一个数据成员放在offset为0的地方，以后每个数据成员存储的起始位置要从该成员大小的整数倍开始（比如int在32位机为４字节，则要从4的整数倍地址开始存储）。      

原则2、结构体作为成员：如果一个结构里有某些结构体成员，则结构体成员要从其内部最大元素大小的整数倍地址开始存储。（struct a里存有struct b，b里有char，int，double等元素，那b应该从8的整数倍开始存储。）      

原则3、收尾工作：结构体的总大小，也就是sizeof的结果，必须是其内部最大成员的整数倍，不足的要补齐。     

 这三个原则具体怎样理解呢？我们看下面几个例子，通过实例来加深理解。    

 例1：struct A

{

short a1;

short a2;

short a3;

};  

struct B

{                   

long a1;                  

short a2;                  

};            

sizeof(struct A) = 6; 这个很好理解，三个short都为2。

sizeof(struct B) = 8; 这个比是不是比预想的大2个字节？long为4，short为2，整个为8，因为原则3。（结构体的总大小，也就是sizeof的结果，必须是其内部最大成员的整数倍，不足的要补齐）

运行结果图如下：

 

     例2：

struct A

{                   

int a;                   

char b;                   

short c;                   

};           

 struct B

{                   

char b;                   

int a;                   

short c;                   

};        

 sizeof(struct A) = 8; int为4，char为1，short为2，这里用到了原则1和原则3。         

sizeof(struct B) = 12; 是否超出预想范围？char为1，int为4，short为2，怎么会是12？还是原则1和原则3。

 大家可能一个规则会用，但是将原则结合起来就有点犯迷糊了，下面写一下内存的布局。                  a        b        c    

 A的内存布局：1111,     1*,       11         

  0123，    45，      67   

 

其中星号*表示填充的字节

 

那为什么5为1个*号呢？为什么不继续将c的数据填充呢？

这就是用到原则1的地方（第一个数据成员放在offset为0的地方，以后每个数据成员存储的起始位置要从该成员大小的整数倍开始），因为5不能被2（c的字节数，c为short为两个字节）整除，换句话说就是起始位置要从该成员大小的整数倍开始，即其起始位置要为2的倍数，就是原则1。c的后面没有补充，因为b和c正好占用4个字节，整个A占用空间为4的倍数，也就是最大成员int类型的倍数，所以不用补充。

 

           B a c

B的内存布局：1***,     1111,   11**  

              0123，    4567，  89，10，11

     B中，b是char为1，b后面补充了3个字节，因为a是int为4，根据原则1，起始位置要为4的倍数，所以b后面要补充3个字节。c后面补充两个字节，根据原则3，整个B占用空间要为4的倍数，c后面不补充，整个B的空间为10，不符，所以要补充2个字节。 

运行结果如下图：

 

   再看一个结构中含有结构成员的例子：        

例3：struct A

{                      

int a;                      

double b;                      

float c;                     

};                 

struct B

{                      

char e[2];                      

int f;                      

double g;                      

short h;                      

struct A i;                     

};         

sizeof(struct A) = 24; 这个比较好理解，int为4，double为8，float为4，总长为8的倍数，补齐，所以整个A为24。

A的布局为：

   a              b       c

1111* * * *, 11111111, 1111 * * * *

 

 

 sizeof(struct B) = 48; 看看B的内存布局。  

 

                e       f         g        h                              

B的内存布局：11* *,   1111,   11111111, 11 * * * * * *,        

i

1111* * * *, 11111111, 1111 * * * *      i其实就是A的内存布局。i的起始位置要为24的倍数，所以h后面要补齐。把B的内存布局弄清楚，有关结构体的对齐方式基本就算掌握了。