C --struct union内存分配

来源：互联网发布：海典医药软件数据库编辑：程序博客网时间：2024/04/29 12:27

嵌入式系统开发者应该对Little-endian和Big-endian模式非常了解。采用Little-endian模式的CPU对操作数的存放方式是从低字节到高字节，而Big-endian模式对操作数的存放方式是从高字节到低字节。也就是说Big-endian模式符合人的习惯，而Little-endian更加方便计算机操作。

例如，16bit宽的数0x1234在Little-endian模式CPU内存中的存放方式（假设从地址0x4000开始存放）为：
内存地址 0x4000 0x4001
存放内容 0x34 0x12

而在Big-endian模式CPU内存中的存放方式则为：
内存地址 0x4000 0x4001
存放内容 0x12 0x34

32bit宽的数0x12345678在Little-endian模式CPU内存中的存放方式（假设从地址0x4000开始存放）为：
内存地址 0x4000 0x4001 0x4002 0x4003
存放内容 0x78 0x56 0x34 0x12

而在Big-endian模式CPU内存中的存放方式则为：
内存地址 0x4000 0x4001 0x4002 0x4003
存放内容 0x12 0x34 0x56 0x78

若判断处理器是Big还是Little模式，有两种方法。

1、

int i=1;
    char *p=(char *)&i;
    if(*p==1)
           printf("1");
    else
           printf("2");

大小端存储问题，如果小端方式（i占至少两个字节的长度）则i所分配的内存最小地址那个字节中就存着1，其他字节是0.大端的话则1在i的最高地址字节处存放，char是一个字节，所以强制将char型量p指向i则p指向的一定是i的最低地址，那么就可以判断p中的值是不是1来确定是不是小端

2、

int checkCPU( )

{

union w

{

int a;

char b;

} c;

c.a = 1;

return(c.b ==1);

}

这个解法涉及到Union的内存分配模式。

Union的大小为其内部所有变量的最大值，并且按照类型最大值的整数倍进行内存对齐。

例如：

typedef Union
{
char c[10];
char cc1;
}u11;首先按照char c[10]分配10个字节，然后按照char的1个字节对齐，最终sizeof(u11)=10;

typedef union
{
char c[10];
int i;
}u22;首先按照char c[10]分配10个字节，然后按照int的4个字节对齐，最终sizeof(u22)=12;

typedef union
{
char c[10];
double d;
}u33;首先按照char c[10]分配10个字节，然后按照double的4个自己对齐，最终sizeof=16；

union U1 {
5 char c;
6 int i;
7 double d;
8     } ;按照double的8个字节分配，最终为8；
9 union U2 {
10 char c;
13      } ;按照char c的一个字节分配，最终sizeof为1；
14
15 union U3 {
16 char c;
17 int i;
18 // double d;
19      };按照int的4个字节分配，最终sizeof为4；

因此，举例中union分配的内存按照int分配4个字节，如果是小端模式则存放的方式为

地址A
------------------------------------
|A       |A+1   |A+2    |A+3 | int a;
|0x01 |0x00   |0x00   |0x00 |
-------------------------------------
|A      |char b;
|          |
---------

如果是大端如何存储c.a的呢？

地址A

------------------------------------------
|A          |A+1    |A+2      |A+3      |int a;
|0x00   |0x00   |0x00    |0x01    |
------------------------------------------
|A       |char b;
|            |
---------

因此我们就可以通过查看char b==1？来判断大小端了。

顺便说明一下struct的内存分配方式。

struct的内存大小为每个数据内存的加和，首先按照最大的数据类型进行单个分配，如果前一个数据占用不了所有的内存，而剩下的内存可以放下下一个数据，则第二个数据不另外分配内存，否则重新分配一个最大类型的内存单元。

如果是：

struct data1

{

double d;

int i;

char c1;

char c2[9];

};

sizeof(struct data1)的值为24，首先按照存储大小，该结构体所占存储空间为：8+4+1+9=22字节，这个结构体也是以8对齐，因此实际分配的是24字节。

示例2：

Union data2

{

int i;

char c1;

char c2[9];

};

sizeof(union data2)的值为12，该共用体占内存空间最大的基本数据类型为int,其长度为4，所以该共用体以4来对齐。该共用体的长度取决于字符c2，其长度为9，9不是4的倍数，要进行对齐，因此实际分配的存储空间为12.

struct data2

{

int i;

char c1;

char c2[9];

};

sizeof(struct data2)的值为16，与上面共用体一样，该结构体以4对齐。按照存储大小，该结构体所占存储空间为：4+1+9=14，14不是4的倍数，进行对齐，对齐后的值为16.

示例3：

Union data3

{

char c1;

char c2[3];

};

sizeof(union data3)的值为3，该共用体占内存空间最大的基本数据类型为chart,其长度为1，所以该共用体以1来对齐。该共用体的长度取决于字符c2，其长度为3，因此分配的存储空间为3.

struct data3

{

char c1;

char c2[2];

};

sizeof(struct data3)的值为3，与上面共用体一样，该结构体以1对齐。按照存储大小，该结构体所占存储空间为：1+2=3字节。

示例4：

struct inner

{

char c1;

double d;

char c2;

};

这个结构体显然是8字节对齐的，在给c1分配存储空间时，考虑到对齐，分配给c1的字节数就是8，然后给d分配8字节，最后给c2分配时，因为也要以8对齐，所以也分配了8个字节的存储空间。所以sizeof(struct inner)值为24.

如果是：

struct inner

{

char c1;

char c2;

double d;

};

当然这个结构体也是以8字节对齐的，编译器编译程序时，给c1、c2分配存储空间没有必要各自给它们分配8字节，只要8字节就可以了。给d分配8字节，所以sizeof(struct inner)值为16.

struct inner

{

char c1;

double d;

char c2;

};

union data4

{

struct inner t1;

int i;

char c;

};

由于data4共用体中有一个inner结构体，所以最大的基本数据类型为double,因此以8字节对齐。共用体的存储长度取决于t1，而t1长度为24，因此sizeof(union data4)的值为24.

struct inner

{

char c1;

double d;

char c2;

};

struct data4

{

struct inner t1;

int i;

char c;

};

data4结构体中有一个inner结构体，所以以8对齐，变量i和c共分配8字节就可以了，因此sizeof(struct data4)的值为32.

示例5：

struct data

{

int a;

long b;

double c;

float d;

char e;

short f;

}d;

这个结构体所占的字节数是多少呢？这里假设long所占字节数为4字节，short占2字节。这个结构体与示例4中第二个struct inner类似。首先这个结构体是以8字节对齐的，因为最长基本数据类型为double，它占8字节，d、e、f、总和为7个字节。分配存储空间时，成员a和b各分配4字节，d分配4字节，f分配2字节，e也分配2字节。d、e、f总和刚好占8个字节，所以sizeof(struct data)值为24.

struct data

{

int a;

long b;

double c;

float d;

char e[3];

short f;

}d;

sizeof(struct data)值为32.

例1：对于一个频繁使用的短小函数，在C语言中最好用什么实现？

答：最好用宏定义，这样可以节省调用函数的开销，效率最高。

例2：已知一个数组table，写一个宏定义，求出数组的元素个数

答：#define NTBL (sizeof(table)/sizeof(table[0]))

对于数组，sizeof(table)获取数组的总长度，而sizeof(table[0])是数组第一个元素所占的长度。当然若是可以用strlen()函数也行。

例3：给定结构

struct A

{

unsigned short t:4;

unsigned short k:4;

unsigned short i:8;

unsigned long m;

};

问sizeof(A)的值。

程序分析：unsigned short 一般占2个字节，unsigned long一般占4个字节，结构体A以4字节对齐，A中成员t、k、i共占4+4+8=16位，由于要内存对齐，实际那三个成员共占32位即4字节，成员m占4字节，因此sizeof(A)=8.

例4：求函数返回值，输入x=9999

int func(int x)

{

int count=0;

while(x)

{

count ++;

x=x&(x-1);

}

return count;

}

程序分析：这是统计9999的二进制形式中有多少个1的函数。9999=9*1024+512+256+15，2*1024的二进制表示中含有1的个数为2；512的二进制表示中含有1的个数为1；256的二进制表示中含有1的个数为1；15的二进制表示中含有1的个数为4；故共有1的个数为8，结果为8 。1000（2）-1（2）=0111（2），正好是原数取反，用这种方法来求1的个数是高效率的。

例5：已知运行这个程序的主机中数据类型long占8字节，请分析程序的运行结果。

#include

int main()

{

struct data

{

long l;

char *s;

short int i;

char c;

short int a[5];

}d;

struct data *p=&d;

printf("%d/n",sizeof(d));

printf("%x/t%x/n",p,p+1);

printf("%x/t%x/n",p,(char *)p+1);

printf("%x/t%x/n",p,(long *)p+1);

return 0;

}

运行结果：

bffff60 bffff80

bffff60 bffff61

bffff60 bffff64

程序分析：struct data以8个字节对齐，long类型的成员1分配8个字节。s、i、c、a原本分别占4、2、1、10个字节。由于考虑到对齐，s分配4个字节，i分配2个字节，c分配2个字节，此时刚好用完8个字节。a原本分配10个字节，由于考虑到对齐，要使整个结构体所占的存储空间是8的倍数，所以分配给它16个字节。因此结构体data占8+4+4+2+16=32个字节。

第二条printf语句，p+1中的加1并不是加1个字节，而是1个struct data的长度，16进制下，bffff60+20(十进制数32以十六进制数表示是20)=bffff80.

第三条printf语句，p+1中的加1，由于对指针p进行了强制类型转换，使p指向char类型的数据，此时的加1就是加上1个char类型的长度，因此p+1的输出是bffff61.

第四条语句分析与第三条类似。

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