結(jié)構(gòu)體內(nèi)存對(duì)齊你真的弄懂了?聽(tīng)說(shuō)這這道題目80%的初學(xué)者都沒(méi)做對(duì)
好久沒(méi)更新C語(yǔ)言文章了,今天給大家?guī)?lái)一道經(jīng)典、易錯(cuò)的關(guān)于C語(yǔ)言結(jié)構(gòu)體內(nèi)存對(duì)齊的題目:
求32bit環(huán)境下以下結(jié)構(gòu)體所占的字節(jié)數(shù):
typedef struct test_struct
{
char a;
short b;
char c;
int d;
char e;
}test_struct;
請(qǐng)說(shuō)出你的答案:
下面看一下實(shí)際測(cè)試情況:
1、測(cè)試代碼:
/***********************************
* 公眾號(hào):嵌入式大雜燴
***********************************/
#include <stdio.h>
typedef struct test_struct
{
char a;
short b;
char c;
int d;
char e;
}test_struct;
int main(void)
{
test_struct test_s;
printf("\n============================================\n");
printf("test_s addr = %#.8x\n", &test_s);
printf("test_s.a addr = %#.8x\n", &test_s.a);
printf("test_s.b addr = %#.8x\n", &test_s.b);
printf("test_s.c addr = %#.8x\n", &test_s.c);
printf("test_s.d addr = %#.8x\n", &test_s.d);
printf("test_s.e addr = %#.8x\n", &test_s.e);
printf("sizeof(test_s) = %d\n", sizeof(test_s));
printf("============================================\n");
return 0;
}
2、運(yùn)行結(jié)果
在32bit環(huán)境中,該結(jié)構(gòu)體所占的字節(jié)數(shù)為16。答對(duì)了嗎?
嘿嘿,做個(gè)小調(diào)查(方便以后選題):
運(yùn)行結(jié)果打印輸出了很多重要的信息,從結(jié)果往前分析思路應(yīng)該很清晰了吧?
不清晰也沒(méi)關(guān)系,下面我們一起來(lái)分析分析:
3、分析
在分析這個(gè)問(wèn)題之前,我們先記住關(guān)于結(jié)構(gòu)體內(nèi)存對(duì)齊的三條原則:
(1)結(jié)構(gòu)體變量的起始地址
能夠被其最寬的成員大小整除。
(2)結(jié)構(gòu)體每個(gè)成員相對(duì)于起始地址的偏移
能夠被其自身大小整除
,如果不能則在前一個(gè)成員后面補(bǔ)充字節(jié)
。
(3)結(jié)構(gòu)體總體大小能夠被最寬的成員的大小整除
,如不能則在后面補(bǔ)充字節(jié)
。
分析這個(gè)問(wèn)題我們就不考慮編譯器可以指定對(duì)齊大小
的情況了。在32bit環(huán)境中,一般默認(rèn)的對(duì)齊大小是4。
下面我們根據(jù)這三條原則來(lái)分析,并得出如下示意圖:
從這張圖中我們應(yīng)該可以很清晰地看出整個(gè)結(jié)構(gòu)體變量的內(nèi)存占用情況。
如果還看不明白的朋友可閱讀下面的解釋?zhuān)ㄓ悬c(diǎn)啰嗦,已經(jīng)看明白的就不用看了~):
從上例的結(jié)果中,我們結(jié)構(gòu)體變量test_s的起始地址為0x0028ff30,能夠被其最寬的成員(int類(lèi)型的d成員,占4個(gè)字節(jié))整除,符合第(1)條原則。
a成員的地址即為結(jié)構(gòu)體變量的起始地址0x0028ff30,排在a后面的是short類(lèi)型(兩個(gè)字節(jié))的b成員。
根據(jù)第(2)條規(guī)則,顯然b的地址不能從0x0028ff31開(kāi)始,則編譯器會(huì)在b成員的前一個(gè)成員(a成員)后邊補(bǔ)1個(gè)空白字節(jié),即b的的地址為從0x0028ff32,符合規(guī)則(2)。
b成員占兩個(gè)字節(jié),兩個(gè)字節(jié)之后的地址為0x0028ff34,而c成員為char類(lèi)型(1字節(jié)),則根據(jù)規(guī)則(2),c成員會(huì)存放至地址0x0028ff34處。
c成員占1個(gè)字節(jié),1個(gè)字節(jié)之后的地址為0x0028ff35,排在c后面的是int類(lèi)型(4個(gè)字節(jié))的d成員,顯然不能滿(mǎn)足規(guī)則(2)。
編譯器會(huì)在d成員的前一個(gè)成員(c成員)后面進(jìn)行字節(jié)填充,這里必須填充3個(gè)字節(jié)才能符合規(guī)則(2),此時(shí)d會(huì)存放至地址0x0028ff38處。
d成員占4個(gè)字節(jié),4個(gè)字節(jié)之后的地址為0x0028ff3c。根據(jù)規(guī)則(2),e成員可從該地址開(kāi)始存放。
此時(shí)a+空白字節(jié)+b+c+空白字節(jié)+d+e
所占的字節(jié)總數(shù)為13個(gè)字節(jié),而結(jié)構(gòu)體最寬的成員(int類(lèi)型的d成員)所占字節(jié)數(shù)為4字節(jié)。
顯然不能滿(mǎn)足規(guī)則(3),編譯器會(huì)在e成員后面填充3個(gè)字節(jié)。即整個(gè)結(jié)構(gòu)體變量test_s所占的總字節(jié)數(shù)為16字節(jié)。
4、實(shí)際應(yīng)用
(1)用保留變量替代填充字節(jié)
實(shí)際應(yīng)用中我們可以上面的結(jié)構(gòu)體變量改為:
typedef struct test_struct
{
char a;
char reserve0; /* 保留成員 */
short b;
char c;
int d;
char e;
char reserve1[3]; /* 保留成員 */
}test_struct;
我們已經(jīng)知道了編譯器會(huì)自動(dòng)給我們的結(jié)構(gòu)體變量填充一些空白字節(jié),這些填充字節(jié)我們是看不到的,是隱性的。
在結(jié)構(gòu)體變量占用相同內(nèi)存的情況下,我們可以顯性的表示出這些填充字節(jié),即創(chuàng)建一些保留成員 。
這樣當(dāng)我們需要給這個(gè)結(jié)構(gòu)體添加一些成員時(shí),我們可以把保留的成員替換為實(shí)際的成員。這樣在一定程度下有利于我們節(jié)省內(nèi)存空間。
(2)調(diào)整結(jié)構(gòu)體成員的位置
從上面的分析中我們知道編譯器會(huì)根據(jù)我們結(jié)構(gòu)體成員的排列來(lái)進(jìn)行空白字節(jié)填充以達(dá)到對(duì)齊的效果。
那么我們自己進(jìn)行手動(dòng)對(duì)齊一些成員,那就可以節(jié)省一些空間了。比如把上面的我們的test_struct結(jié)構(gòu)體成員的順序改為:
typedef struct test_struct
{
char a;
char c;
short b;
int d;
char e;
}test_struct;
則結(jié)構(gòu)體變量test_s所占的字節(jié)數(shù)變?yōu)?2字節(jié),即:
即比原來(lái)的16字節(jié)省下了4個(gè)字節(jié)。
雖然這點(diǎn)優(yōu)化對(duì)于一般的嵌入式應(yīng)用來(lái)說(shuō)可能沒(méi)什么必要,但是萬(wàn)一某一天真的需要在某些資源極其受限的嵌入式設(shè)備中開(kāi)發(fā)應(yīng)用,這就是可以?xún)?yōu)化的一點(diǎn)。
最后
以上就是本次的實(shí)驗(yàn)分享。如有錯(cuò)誤,歡迎指出!謝謝
這道結(jié)構(gòu)體內(nèi)存對(duì)齊的題目很經(jīng)典、也很容易出錯(cuò),是嵌入式C語(yǔ)言筆試、面試題中的高頻題目,很有必要弄清楚。
本篇筆記會(huì)同步至我的個(gè)人博客:https://www.lizhengnian.cn/中,歡迎來(lái)訪(fǎng)。
原創(chuàng)不易,期待您的在看、分享~
猜你喜歡:
【Linux筆記】設(shè)備樹(shù)實(shí)例分析
【Linux筆記】通俗易懂的Linux驅(qū)動(dòng)基礎(chǔ)
【Linux筆記】pc機(jī)_開(kāi)發(fā)板_ubuntu互ping實(shí)驗(yàn)
【Linux筆記】掛載網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)
學(xué)習(xí)STM32的一些經(jīng)驗(yàn)分享
基于LiteOS的智慧農(nóng)業(yè)案例實(shí)驗(yàn)分享
后臺(tái)回復(fù):加群。添加ZhengN微信,加入交流群
點(diǎn)個(gè)贊,證明你還愛(ài)我
免責(zé)聲明:本文內(nèi)容由21ic獲得授權(quán)后發(fā)布,版權(quán)歸原作者所有,本平臺(tái)僅提供信息存儲(chǔ)服務(wù)。文章僅代表作者個(gè)人觀點(diǎn),不代表本平臺(tái)立場(chǎng),如有問(wèn)題,請(qǐng)聯(lián)系我們,謝謝!