圖文并茂，一次搞定C語言結(jié)構(gòu)體內(nèi)存對(duì)齊?。ò暾创a）

時(shí)間：2020-06-19 13:08:57

關(guān)鍵字： C語言內(nèi)存源碼

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[導(dǎo)讀]面試官：你知道C語言的結(jié)構(gòu)體對(duì)齊嗎？應(yīng)聘者：聽說過……平時(shí)很少關(guān)注?…… 面試官：好吧，那回去等通知吧? C語言結(jié)構(gòu)體對(duì)齊問題，是面試必備問題。本文，除了用圖解的方式講清楚結(jié)構(gòu)體知識(shí)點(diǎn)外，還將為你解答以下問題：為什么會(huì)有結(jié)構(gòu)體內(nèi)存對(duì)齊？結(jié)構(gòu)體

面試官：你知道C語言的結(jié)構(gòu)體對(duì)齊嗎？

應(yīng)聘者：聽說過……平時(shí)很少關(guān)注 ……

面試官：好吧，那回去等通知吧

C語言結(jié)構(gòu)體對(duì)齊問題，是面試必備問題。

本文，除了用圖解的方式講清楚結(jié)構(gòu)體知識(shí)點(diǎn)外，還將為你解答以下問題：

為什么會(huì)有結(jié)構(gòu)體內(nèi)存對(duì)齊？
結(jié)構(gòu)體怎么對(duì)齊？
學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)體對(duì)齊有什么用？
結(jié)構(gòu)體對(duì)齊有沒有實(shí)際應(yīng)用？

▍結(jié)構(gòu)體內(nèi)存對(duì)齊的原因

一句話，為了提高效率，這個(gè)跟芯片設(shè)計(jì)有關(guān)。

自從我們剛學(xué)習(xí)編程開始，就會(huì)接觸到例如字、雙字、四字等概念這里涉及到內(nèi)存邊界問題，它們的地址分別是可被2/4/8整除的。另外，在匯編中，不同長度的內(nèi)存訪問會(huì)用到不同的匯編指令。

如果，一塊內(nèi)存在地址上隨便放的，CPU有可能就會(huì)用到多條指令來訪問，這就會(huì)降低效率。

對(duì)于32位系統(tǒng)，如下圖的A可能需要2條指令訪問，而B只需1條指令。

▍結(jié)構(gòu)體內(nèi)存對(duì)齊的規(guī)則

1. C語言基本類型的大小

不要瞎猜，直接上代碼。 每個(gè)平臺(tái)都不一樣，請(qǐng)讀者自行測(cè)試，以下我是基于Windows上MinGW的GCC測(cè)的。

#define BASE_TYPE_SIZE(t)   printf("%12s : %2d Byte%s\n", #t, sizeof(t), (sizeof(t))>1?"s":"")void base_type_size(void){ BASE_TYPE_SIZE(void); BASE_TYPE_SIZE(char); BASE_TYPE_SIZE(short); BASE_TYPE_SIZE(int); BASE_TYPE_SIZE(long); BASE_TYPE_SIZE(long long); BASE_TYPE_SIZE(float); BASE_TYPE_SIZE(double); BASE_TYPE_SIZE(long double); BASE_TYPE_SIZE(void*); BASE_TYPE_SIZE(char*); BASE_TYPE_SIZE(int*);  typedef struct  { }StructNull; BASE_TYPE_SIZE(StructNull); BASE_TYPE_SIZE(StructNull*);}

結(jié)果是：

 void : 1 Byte char : 1 Byte short : 2 Bytes int : 4 Bytes long : 4 Bytes long long : 8 Bytes float : 4 Bytes double : 8 Bytes long double : 12 Bytes void* : 4 Bytes char* : 4 Bytes int* : 4 Bytes StructNull : 0 Byte StructNull* : 4 Bytes

這些內(nèi)容不用記住，不同平臺(tái)是不一樣的，使用之前，一定要親自測(cè)試驗(yàn)證下，但是可以總結(jié)出以下信息：

void類型不是空的，占一個(gè)字節(jié)
long不一定比int大
C語言空結(jié)構(gòu)體的大小為0（注意：C++的為1）
不管什么類型，指針都是相同大小的

2. C語言結(jié)構(gòu)體的內(nèi)存對(duì)齊

我先看個(gè)例子：

#define offset(type, member) (size_t)&(((type *)0)->member)#define STRUCT_E_ADDR(s,e)          printf("%5s size = %2d %16s addr: %p\n", #s, sizeof(s), #s"."#e, &s.e)#define STRUCT_E_OFFSET(s,e) printf("%5s size = %2d %16s offset: %2d\n", #s, sizeof(s), #s"."#e, offset(__typeof__(s),e))#define STRUCT_E_ADDR_OFFSET(s,e) printf("%5s size = %2d %16s addr: %p, offset: %2d\n", #s, sizeof(s), #s"."#e, &s.e, offset(__typeof__(s),e))
typedef struct { int e_int; char e_char;}S1;S1 s1;STRUCT_E_ADDR_OFFSET(s1, e_int);STRUCT_E_ADDR_OFFSET(s1, e_char);typedef struct { int e_int; double e_double;}S11;S11 s11; STRUCT_E_ADDR_OFFSET(s11, e_int);STRUCT_E_ADDR_OFFSET(s11, e_double);

咦……這宏定義是啥意思？傳送門：《 基于C99規(guī)范，最全C語言預(yù)處理知識(shí)總結(jié) 》

輸出結(jié)果：

 s1 size = 8 s1.e_int addr: 0028FF28, offset: 0 s1 size = 8 s1.e_char addr: 0028FF2C, offset: 4 s11 size = 16 s11.e_int addr: 0028FF18, offset: 0 s11 size = 16 s11.e_double addr: 0028FF20, offset: 8

結(jié)論1：一般情況下， 結(jié)構(gòu)體所占的內(nèi)存大小并非元素本身大小之和。

結(jié)論2： 不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?，結(jié)構(gòu)體內(nèi)存的大小按最大元素大小對(duì)齊。

繼續(xù)看例子：

 typedef struct  { int e_int; long double e_ld; }S12;
 typedef struct  { long long e_ll; long double e_ld; }S13;
 typedef struct  { char e_char; long double e_ld; }S14;
    S12 s12; S13 s13; S14 s14; STRUCT_E_ADDR_OFFSET(s12, e_int); STRUCT_E_ADDR_OFFSET(s12, e_ld); STRUCT_E_ADDR_OFFSET(s13, e_ll); STRUCT_E_ADDR_OFFSET(s13, e_ld); STRUCT_E_ADDR_OFFSET(s14, e_char); STRUCT_E_ADDR_OFFSET(s14, e_ld);

輸出結(jié)果：

 s12 size = 16 s12.e_int addr: 0028FF08, offset: 0 s12 size = 16 s12.e_ld addr: 0028FF0C, offset: 4 s13 size = 24 s13.e_ll addr: 0028FEF0, offset: 0 s13 size = 24 s13.e_ld addr: 0028FEF8, offset: 8 s14 size = 16 s14.e_char addr: 0028FEE0, offset: 0 s14 size = 16 s14.e_ld addr: 0028FEE4, offset: 4

出現(xiàn)問題了，你看s12和s14，sizeof(long long)應(yīng)該是12，按結(jié)論而推斷sizeof(s12)和sizeof(s13)應(yīng)該都是24。

這里跟平臺(tái)和編譯器的一個(gè)模數(shù)有關(guān)。

對(duì)結(jié)論2修正： 結(jié)構(gòu)體內(nèi)存大小應(yīng)按最大元素大小對(duì)齊，如果最大元素大小超過模數(shù)，應(yīng)按模數(shù)大小對(duì)齊。

額外再送一條結(jié)論：如果結(jié)構(gòu)體的最大元素大小超過模數(shù)， 結(jié)構(gòu)體的起始地址是可以被模數(shù)整除的。如果，最大元素大小沒有超過模數(shù)大小，那 它的起始地址是可以被最大元素大小整除。

那么，這個(gè)模數(shù)是什么？

每個(gè)特定平臺(tái)上的編譯器都有自己的默認(rèn)“對(duì)齊系數(shù)”(也叫對(duì)齊模數(shù))。

網(wǎng)上流傳一個(gè)表：

平臺(tái)	長度/模數(shù)	char	short	int	long	float	double	long long	long double
Win-32	長度	1	2	4	4	4	8	8	8
Win-32	模數(shù)	1	2	4	4	4	8	8	8
Linux-32	長度	1	2	4	4	4	8	8	12
Linux-32	模數(shù)	1	2	4	4	4	4	4	4
Linux-64	長度	1	2	4	8	4	8	8	16
Linux-64	模數(shù)	1	2	4	8	4	8	8	16

本文的的例子我用的是MinGW32的GCC來測(cè)試，你猜符合上表的哪一項(xiàng)？

別急，再看一個(gè)例子：

 typedef struct  { int e_int; double e_double; }S11; S11 s11;    STRUCT_E_ADDR_OFFSET(s11, e_int); STRUCT_E_ADDR_OFFSET(s11, e_double);

結(jié)果是：

 s11 size = 16 s11.e_int addr: 0028FF18, offset: 0 s11 size = 16 s11.e_double addr: 0028FF20, offset: 8

很明顯，上表沒有一項(xiàng)完全對(duì)應(yīng)得上的。簡單匯總以下我測(cè)試的結(jié)果：

長度/模數(shù)	char	short	int	long	float	double	long long	long double
長度	1	2	4	4	4	8	8	12
模數(shù)	1	2	4	4	4	8	8	8

所以，再強(qiáng)調(diào)一下：因?yàn)榄h(huán)境的差異， 在你參考使用之前，請(qǐng)自行測(cè)試一下。

另外，提一下：這個(gè)模數(shù)是可以改變的，可以用預(yù)編譯命令 #pragma pack(n)，n=1,2,4,8,16來改變這一系數(shù)，其中的n就是你要指定的“對(duì)齊系數(shù)”。

例如

#pragma pack(1)typedef struct { char e_char; long double e_ld;}S14;#pragma pack()

#pragma是啥玩意？有興趣可以看看：《 基于C99規(guī)范，最全C語言預(yù)處理知識(shí)總結(jié) 》

好了，我們繼續(xù)，這似乎沒啥技術(shù)含量，我們提升下難度：

 typedef struct  { int e_int; char e_char1; char e_char2; }S2;
 typedef struct  { char e_char1; int e_int; char e_char2; }S3;    S2 s2; S3 s3;

你覺得這倆結(jié)構(gòu)體所占內(nèi)存是一樣大嗎？那你就錯(cuò)了：

 s2 size = 8 s2.e_int addr: 0028FED4, offset: 0 s2 size = 8 s2.e_char1 addr: 0028FED8, offset: 4 s2 size = 8 s2.e_char2 addr: 0028FED9, offset: 5 s3 size = 12 s3.e_char1 addr: 0028FEC4, offset: 0 s3 size = 12 s3.e_int addr: 0028FEC8, offset: 4 s3 size = 12 s3.e_char2 addr: 0028FECC, offset: 8

why？

上個(gè)圖先看看，它們內(nèi)存是怎么對(duì)齊的：

我們套一遍那幾條結(jié)論就可以知道：

理解 按最大元素大小或模數(shù)對(duì)齊，就可以看到S2的內(nèi)存分布；

對(duì)于S3，e_int的位置地址，肯定是要按int的大小對(duì)齊的（地址可被int大小整除），這樣才能提高訪問效率。同時(shí)，這導(dǎo)致了很大的內(nèi)存浪費(fèi)。

以上例子，我們看到挨在一起的兩個(gè)char會(huì)放在同一個(gè)對(duì)齊單元，如果挨在一起的short和char會(huì)不會(huì)放一起？

 typedef struct  { char e_char1; short e_short; char e_char2; int e_int; char e_char3; }S4; S4 s4; STRUCT_E_ADDR_OFFSET(s4, e_char1); STRUCT_E_ADDR_OFFSET(s4, e_short); STRUCT_E_ADDR_OFFSET(s4, e_char2); STRUCT_E_ADDR_OFFSET(s4, e_int); STRUCT_E_ADDR_OFFSET(s4, e_char3);

輸出結(jié)果：

 s4 size = 16 s4.e_char1 addr: 0028FEB4, offset: 0 s4 size = 16 s4.e_short addr: 0028FEB6, offset: 2 s4 size = 16 s4.e_char2 addr: 0028FEB8, offset: 4 s4 size = 16 s4.e_int addr: 0028FEBC, offset: 8 s4 size = 16 s4.e_char3 addr: 0028FEC0, offset: 12

得出一個(gè)經(jīng)驗(yàn)：

我們?cè)诙x結(jié)構(gòu)體的時(shí)候，盡量把大小相同或相近的元素放一起，以減少結(jié)構(gòu)體占用的內(nèi)存空間。

再來一個(gè)問題：

結(jié)構(gòu)體套著另一個(gè)結(jié)構(gòu)體怎么計(jì)算？

 typedef struct  { int e_int; char e_char;    }S1;   typedef struct  { S1 e_s; char e_char; }SS1;
 typedef struct  { short e_short; char e_char; }S6;
 typedef struct  { S6 e_s; char e_char; }SS2;         SS1 ss1;    STRUCT_E_ADDR_OFFSET(ss1, e_s); STRUCT_E_ADDR_OFFSET(ss1, e_char);
 SS2 ss2; STRUCT_E_ADDR_OFFSET(ss2, e_s); STRUCT_E_ADDR_OFFSET(ss2, e_char);

輸出結(jié)果：

 ss1 size = 12 ss1.e_s addr: 0028FE94, offset: 0 ss1 size = 12 ss1.e_char addr: 0028FE9C, offset: 8 ss2 size = 6 ss2.e_s addr: 0028FE8E, offset: 0 ss2 size = 6 ss2.e_char addr: 0028FE92, offset: 4

得出結(jié)論：結(jié)構(gòu)體內(nèi)的結(jié)構(gòu)體，結(jié)構(gòu)體內(nèi)的元素并不會(huì)和結(jié)構(gòu)體外的元素合并占一個(gè)對(duì)齊單元。

溫馨提示：大家不要刻意去記這些結(jié)論，動(dòng)手去試試并思考下效果會(huì)更好。

3. 聯(lián)合體union的內(nèi)存對(duì)齊

直接上代碼：

 typedef union  { char e_char; int e_int; }U1;
 U1 u1; STRUCT_E_ADDR(u1, e_char); STRUCT_E_ADDR(u1, e_int);

輸出結(jié)果：

 u1 size = 4 u1.e_char addr: 0028FF2C u1 size = 4 u1.e_int addr: 0028FF2C

從教科書上，我都可以理解，聯(lián)合體里面的元素，實(shí)際上共享同一個(gè)空間。

那么，union跟struct結(jié)合呢？

 typedef struct { int e_int1;  union { char ue_chars[9];  int ue_int; }u; double e_double;  int e_int2;  }SU2; SU2 su2;    STRUCT_E_ADDR_OFFSET(su2, e_int1); STRUCT_E_ADDR_OFFSET(su2, u.ue_chars); STRUCT_E_ADDR_OFFSET(su2, u.ue_int); STRUCT_E_ADDR_OFFSET(su2, e_double);    STRUCT_E_ADDR_OFFSET(su2, e_int2)

輸出：

 su2 size = 32 su2.e_int1 addr: 0028FEF8, offset: 0 su2 size = 32 su2.u.ue_chars addr: 0028FEFC, offset: 4 su2 size = 32 su2.u.ue_int addr: 0028FEFC, offset: 4 su2 size = 32 su2.e_double addr: 0028FF08, offset: 16 su2 size = 32 su2.e_int2 addr: 0028FF10, offset: 24

實(shí)際上跟結(jié)構(gòu)體類似，也沒有特別的規(guī)則。

順便提一下，使用union時(shí)，要留意平臺(tái)的大小端問題。

大端模式，是指數(shù)據(jù)的高字節(jié)保存在內(nèi)存的低地址中，而數(shù)據(jù)的低字節(jié)保存在內(nèi)存的高地址中，這樣的存儲(chǔ)模式有點(diǎn)兒類似于把數(shù)據(jù)當(dāng)作字符串順序處理：地址由小向大增加，而數(shù)據(jù)從高位往低位放；這和我們的閱讀習(xí)慣一致。

小端模式，是指數(shù)據(jù)的高字節(jié)保存在內(nèi)存的高地址中，而數(shù)據(jù)的低字節(jié)保存在內(nèi)存的低地址中，這種存儲(chǔ)模式將地址的高低和數(shù)據(jù)位權(quán)有效地結(jié)合起來，高地址部分權(quán)值高，低地址部分權(quán)值低。

百度百科——大小端模式

怎么獲知自己使用的平臺(tái)的大小端？Linux有個(gè)方法：

 static union {  char c[4];  unsigned long l;  } endian_test = { { 'l', '?', '?', 'b' } }; #define ENDIANNESS ((char)endian_test.l)
 printf("ENDIANNESS: %c\n", ENDIANNESS);

4. 位域（Bitfield）的相關(guān)

位域在本文沒什么好探討的，在結(jié)構(gòu)體對(duì)齊方面沒什么特別的地方。

直接看個(gè)測(cè)試代碼，就可以明白：

void bitfield_type_size(void){ typedef struct { char bf1:1; char bf2:1; char bf3:1; char bf4:3; }SB1;
 typedef struct { char bf1:1; char bf2:1; char bf3:1; char bf4:7; }SB2;
 typedef struct { char bf1:1; char bf2:1; char bf3:1; int bfint:1; }SB3;
 typedef struct { char bf1:1; char bf2:1; int bfint:1; char bf3:1; }SB4;
 SB1 sb1; SB2 sb2; SB3 sb3;    SB4 sb4; VAR_ADDR(sb1); VAR_ADDR(sb2); VAR_ADDR(sb3); VAR_ADDR(sb4);  typedef struct { unsigned char bf1:1; unsigned char bf2:1; unsigned char bf3:1; unsigned char bf4:3; }SB11;
 typedef union  { SB11 sb1; unsigned char e_char; }UB1; UB1 ub1;
 STRUCT_E_ADDR_OFFSET(ub1, sb1); STRUCT_E_ADDR_OFFSET(ub1, e_char);
 ub1.e_char = 0xF5; BITFIELD_VAL(ub1, e_char); BITFIELD_VAL(ub1, sb1.bf1); BITFIELD_VAL(ub1, sb1.bf2); BITFIELD_VAL(ub1, sb1.bf3); BITFIELD_VAL(ub1, sb1.bf4);}

輸出結(jié)果是：

 sb1 size = 1 sb1 addr: 0028FF2F sb2 size = 2 sb2 addr: 0028FF2D sb3 size = 8 sb3 addr: 0028FF24 sb4 size = 12 sb4 addr: 0028FF18 ub1 size = 1 ub1.sb1 addr: 0028FF17, offset: 0 ub1 size = 1 ub1.e_char addr: 0028FF17, offset: 0 ub1 : 1 Byte, ub1.e_char=0xF5 ub1 : 1 Byte, ub1.sb1.bf1=0x1 ub1 : 1 Byte, ub1.sb1.bf2=0x0 ub1 : 1 Byte, ub1.sb1.bf3=0x1 ub1 : 1 Byte, ub1.sb1.bf4=0x6

有幾個(gè)點(diǎn)需要注意下：

內(nèi)存的計(jì)算單位是byte，不是bit
結(jié)構(gòu)體內(nèi)即使有bitfield元素，其對(duì)齊規(guī)則還是按照基本類型來
bitfield元素不能獲得其地址（即程序中不能通過&取址）

5. 規(guī)則總結(jié)

首先，不推薦記憶這些條條框框的文字，以下內(nèi)容僅供參考：

結(jié)構(gòu)體的內(nèi)存大小，并非其內(nèi)部元素大小之和；
結(jié)構(gòu)體變量的起始地址，可以被最大元素基本類型大小或者模數(shù)整除；
結(jié)構(gòu)體的內(nèi)存對(duì)齊，按照其內(nèi)部最大元素基本類型或者模數(shù)大小對(duì)齊；
模數(shù)在不同平臺(tái)值不一樣，也可通過#pragma pack(n)方式去改變；
如果空間地址允許，結(jié)構(gòu)體內(nèi)部元素會(huì)拼湊一起放在同一個(gè)對(duì)齊空間；
結(jié)構(gòu)體內(nèi)有結(jié)構(gòu)體變量元素，其結(jié)構(gòu)體并非展開后再對(duì)齊；
union和bitfield變量也遵循結(jié)構(gòu)體內(nèi)存對(duì)齊原則。

▍編程為什么要關(guān)注結(jié)構(gòu)體內(nèi)存對(duì)齊

也許你會(huì)問，結(jié)構(gòu)體愛怎么對(duì)齊就怎么對(duì)齊，我管它干嘛！

1. 節(jié)省內(nèi)存

在嵌入式軟件開發(fā)中，特別是內(nèi)存資源匱乏的小MCU，這個(gè)尤為重要。如果優(yōu)化程序內(nèi)存，使得MCU可以選更小的型號(hào)，對(duì)于大批量出貨的產(chǎn)品，可以帶來更高利潤。

也許你還還感覺不到，上段代碼：

 typedef struct  { int e_int; char e_char1; char e_char2; }S2;
 typedef struct  { char e_char1; int e_int; char e_char2; }S3;  S2 s2[1024] = {0}; S3 s3[1024] = {0};

s2的大小為8K，而s3的大小為12K，一放大，就有很明顯的區(qū)別了。

2. union的內(nèi)存對(duì)齊需要

對(duì)于同一個(gè)內(nèi)存，有時(shí)為了滿足不同的訪問形式，定義一個(gè)聯(lián)合體變量，或者一個(gè)結(jié)構(gòu)體和聯(lián)合體組合的變量。此時(shí)就要知道其內(nèi)存結(jié)構(gòu)是怎么分布的。

3. 內(nèi)存拷貝

有時(shí)候，我們?cè)谕ㄐ艛?shù)據(jù)接收處理時(shí)候，往往遇到，數(shù)組和結(jié)構(gòu)體的搭配。

即，通信時(shí)候，通常使用數(shù)組參數(shù)形式接收，而處理的時(shí)候，按照預(yù)定義格式去訪問處理。例如：

U8 comm_data[10];typedef struct{ U8 id; U16 len; U8 data[6];}FRAME;
FRAME* pFram = (FRAME*)comm_data;

此處，必須要理解這個(gè)FRAM的內(nèi)存結(jié)構(gòu)是怎么樣的對(duì)齊規(guī)則。

4. 調(diào)試仿真時(shí)看壓棧數(shù)據(jù)

在調(diào)試某些奇葩問題時(shí)，迫不得已，我們會(huì)研究函數(shù)跳轉(zhuǎn)或者線程切換時(shí)的棧數(shù)據(jù)，遇到結(jié)構(gòu)體內(nèi)容，肯定要懂得其內(nèi)存對(duì)齊方式才能更好地獲得棧內(nèi)信息。

當(dāng)然，還有其他方面的原因，在此就不一一列舉了。

▍結(jié)構(gòu)體內(nèi)存對(duì)齊 實(shí)際應(yīng)用

上面一個(gè)章節(jié)已經(jīng)部分講到這個(gè)結(jié)構(gòu)體內(nèi)存對(duì)齊的應(yīng)用了，例如通信數(shù)據(jù)的處理等。另外，再舉兩個(gè)例子：

1. 內(nèi)存的mapping

假設(shè)你要做一個(gè)燒錄文件，你想往文件頭空間128個(gè)字節(jié)內(nèi)放一段項(xiàng)目信息（例如程序大小、CRC校驗(yàn)碼、其他項(xiàng)目信息等）。第一反應(yīng)，你會(huì)考慮用一個(gè)結(jié)構(gòu)體，定義一段這樣的數(shù)據(jù)，程序運(yùn)行的時(shí)候也定義同樣的結(jié)構(gòu)體去讀取這個(gè)內(nèi)存。但是你需要知道結(jié)構(gòu)體大小啊，這個(gè)結(jié)構(gòu)體內(nèi)存對(duì)齊的規(guī)則還是需要了解的。

2. 單片機(jī)寄存器的mapping

在寫MCU驅(qū)動(dòng)的時(shí)候，訪問寄存器的方式有很多種，但是做到清晰明了，適配性好的，往往需要諸多考量。

直接通過整型指針指到特定地址去訪問，是沒有問題的，但是對(duì)于某一類型的寄存器，往往不是一個(gè)固定地址，其后面還有一堆子寄存器屬性需要配置。每個(gè)地址都通過整型指針訪問，那就很多很凌亂。

我們可以通過定義一個(gè)特定的結(jié)構(gòu)體，用其指針直接mapping到寄存器的base地址。但是遇到有些地址是空的怎么辦？甚至有些寄存器是32位的，有些16位，甚至8位的，各種參差不齊都在里面。

那就要考慮結(jié)構(gòu)體內(nèi)存對(duì)齊了，特別是結(jié)構(gòu)體內(nèi)有不同類型的元素。

這里只探討應(yīng)用場(chǎng)景，具體實(shí)現(xiàn)還要根據(jù)實(shí)際情況來定義。

▍測(cè)試源碼

#include <stdio.h>
#define offset(type, member) (size_t)&(((type *)0)->member)
#define STRUCT_E_ADDR(s,e) printf("%5s size = %2d %16s addr: %p\n", #s, sizeof(s), #s"."#e, &s.e)#define STRUCT_E_OFFSET(s,e) printf("%5s size = %2d %16s offset: %2d\n", #s, sizeof(s), #s"."#e, offset(__typeof__(s),e))#define STRUCT_E_ADDR_OFFSET(s,e) printf("%5s size = %2d %16s addr: %p, offset: %2d\n", #s, sizeof(s), #s"."#e, &s.e, offset(__typeof__(s),e))#define VAR_ADDR(v) printf("%5s size = %2d %10s addr: %p\n", #v, sizeof(v), #v, &v)// #define BASE_TYPE_SIZE(t) printf("%18s = %d\n", "sizeof("#t")", sizeof(t))#define BASE_TYPE_SIZE(t) printf("%12s : %2d Byte%s\n", #t, sizeof(t), (sizeof(t))>1?"s":"")#define BITFIELD_VAL(s,e) printf("%12s : %2d Byte%s, %10s=0x%X\n", #s, sizeof(s), (sizeof(s))>1?"s":"", #s"."#e, s.e)
void base_type_size(void){ BASE_TYPE_SIZE(void); BASE_TYPE_SIZE(char); BASE_TYPE_SIZE(short); BASE_TYPE_SIZE(int); BASE_TYPE_SIZE(long); BASE_TYPE_SIZE(long long); BASE_TYPE_SIZE(float); BASE_TYPE_SIZE(double); BASE_TYPE_SIZE(long double); BASE_TYPE_SIZE(void*); BASE_TYPE_SIZE(char*); BASE_TYPE_SIZE(int*);}void struct_type_size(void){ typedef struct  { }StructNull;
 typedef struct  { int e_int; char e_char; }S1; BASE_TYPE_SIZE(StructNull); BASE_TYPE_SIZE(StructNull*);  S1 s1; STRUCT_E_ADDR_OFFSET(s1, e_int); STRUCT_E_ADDR_OFFSET(s1, e_char);
 typedef struct  { int e_int; double e_double; }S11;
 typedef struct  { int e_int; long double e_ld; }S12;
 typedef struct  { long long e_ll; long double e_ld; }S13;
 typedef struct  { char e_char; long double e_ld; }S14;
 S11 s11;  S12 s12; S13 s13; S14 s14; STRUCT_E_ADDR_OFFSET(s11, e_int); STRUCT_E_ADDR_OFFSET(s11, e_double); STRUCT_E_ADDR_OFFSET(s12, e_int); STRUCT_E_ADDR_OFFSET(s12, e_ld); STRUCT_E_ADDR_OFFSET(s13, e_ll); STRUCT_E_ADDR_OFFSET(s13, e_ld); STRUCT_E_ADDR_OFFSET(s14, e_char); STRUCT_E_ADDR_OFFSET(s14, e_ld);
 typedef struct  { int e_int; char e_char1; char e_char2; }S2;
 typedef struct  { char e_char1; int e_int; char e_char2; }S3; typedef struct  { char e_char1; short e_short; char e_char2; int e_int; char e_char3; }S4; typedef struct  { long long e_ll; int e_int; }S5;
 typedef struct  { S1 e_s; char e_char; }SS1;
 typedef struct  { short e_short; char e_char; }S6;
 typedef struct  { S6 e_s; char e_char; }SS2;

 char var1; S2 s2; char var2; S3 s3; VAR_ADDR(var1); STRUCT_E_ADDR_OFFSET(s2, e_int); STRUCT_E_ADDR_OFFSET(s2, e_char1); STRUCT_E_ADDR_OFFSET(s2, e_char2); VAR_ADDR(var2); STRUCT_E_ADDR_OFFSET(s3, e_char1); STRUCT_E_ADDR_OFFSET(s3, e_int); STRUCT_E_ADDR_OFFSET(s3, e_char2); S4 s4; STRUCT_E_ADDR_OFFSET(s4, e_char1); STRUCT_E_ADDR_OFFSET(s4, e_short); STRUCT_E_ADDR_OFFSET(s4, e_char2); STRUCT_E_ADDR_OFFSET(s4, e_int); STRUCT_E_ADDR_OFFSET(s4, e_char3); S5 s5; STRUCT_E_ADDR_OFFSET(s5, e_ll); STRUCT_E_ADDR_OFFSET(s5, e_int); SS1 ss1; STRUCT_E_ADDR_OFFSET(ss1, e_s); STRUCT_E_ADDR_OFFSET(ss1, e_char);
 SS2 ss2; STRUCT_E_ADDR_OFFSET(ss2, e_s); STRUCT_E_ADDR_OFFSET(ss2, e_char);}
void union_type_size(void){ typedef union  { char e_char; int e_int; }U1;
 U1 u1; STRUCT_E_ADDR_OFFSET(u1, e_char); STRUCT_E_ADDR_OFFSET(u1, e_int); 
 typedef struct { short e_short; union { char ue_chars[9]; int ue_int; }u; }SU1;
 typedef struct { int e_int1;  union { char ue_chars[9];  int ue_int; }u; double e_double;  int e_int2;  }SU2;
 SU1 su1; SU2 su2;  STRUCT_E_ADDR_OFFSET(su1, e_short); STRUCT_E_ADDR_OFFSET(su1, u.ue_chars); STRUCT_E_ADDR_OFFSET(su1, u.ue_int);  STRUCT_E_ADDR_OFFSET(su2, e_int1); STRUCT_E_ADDR_OFFSET(su2, u.ue_chars); STRUCT_E_ADDR_OFFSET(su2, u.ue_int); STRUCT_E_ADDR_OFFSET(su2, e_double); STRUCT_E_ADDR_OFFSET(su2, e_int2);}
void bitfield_type_size(void){ typedef struct { char bf1:1; char bf2:1; char bf3:1; char bf4:3; }SB1;
 typedef struct { char bf1:1; char bf2:1; char bf3:1; char bf4:7; }SB2;
 typedef struct { char bf1:1; char bf2:1; char bf3:1; int bfint:1; }SB3;
 typedef struct { char bf1:1; char bf2:1; int bfint:1; char bf3:1; }SB4;
 SB1 sb1; SB2 sb2; SB3 sb3; SB4 sb4; // STRUCT_E_OFFSET(sb1, bf1); // STRUCT_E_OFFSET(sb1, bf2); // STRUCT_E_OFFSET(sb1, bf3); // STRUCT_E_OFFSET(sb1, bf4); VAR_ADDR(sb1); VAR_ADDR(sb2); VAR_ADDR(sb3); VAR_ADDR(sb4);  typedef struct { unsigned char bf1:1; unsigned char bf2:1; unsigned char bf3:1; unsigned char bf4:3; }SB11;
 typedef union  { SB11 sb1; unsigned char e_char; }UB1; UB1 ub1;
 STRUCT_E_ADDR_OFFSET(ub1, sb1); STRUCT_E_ADDR_OFFSET(ub1, e_char);
 ub1.e_char = 0xF5; BITFIELD_VAL(ub1, e_char); BITFIELD_VAL(ub1, sb1.bf1); BITFIELD_VAL(ub1, sb1.bf2); BITFIELD_VAL(ub1, sb1.bf3); BITFIELD_VAL(ub1, sb1.bf4);
 static union {  char c[4];  unsigned long l;  } endian_test = { { 'l', '?', '?', 'b' } }; #define ENDIANNESS ((char)endian_test.l)
 printf("ENDIANNESS: %c\n", ENDIANNESS);
}int main(void){ // base_type_size(); struct_type_size(); union_type_size(); bitfield_type_size();
 return 0;}

-END-

本文授權(quán)轉(zhuǎn)載自公眾號(hào)“嵌入式軟件實(shí)戰(zhàn)派”，作者實(shí)戰(zhàn)派大師兄

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