C语言结构体

结构体大小你算对了吗 1.00

发布于 2021-11-30 11:50:39 浏览：995 订阅该版

[tocm]

C 语言中 struct 声明创建一个数据类型（结构体），能将不同类型的对象聚合到一个对象中，用名字来引用结构体的各个组成部分。结构体的所有组成部分都存放在一段连续的内存中。

如果创建一个结构体，其实际占用的内存空间大小是多少呢？示例代码如下：

```c
struct S
{
	int i;
	char c;
	int j;
};
```

要正确计算结构体大小，首先需要了解数据对齐的原理。

### 数据对齐

许多计算机系统对基本的数据类型的合法地址做了一些限制。要求某种类型对象的地址必须是某个值（通常为2、4、8）的倍数。这种对齐限制简化了形成处理器和内存系统之间接口的硬件设计。

**对齐原则**：任何占用 K 字节空间大小的基本对象，其地址必须是 K 的倍数。

那么， char 类型数据存储地址 必须是 1 的倍数。short 类型数据存储的地址为 2 的倍数，以此类推。

确保每种数据类型都是按照指定方式来组织和分配，即每种类型的数据都满足它的对齐限制，就可以保证实施对齐。

对于包含结构体的代码，编译器可能需要在字段的分配中插入间隙，以保证每个结构成员都满足它的对齐要求。而结构体本身对它的起始地址也有一些对齐要求。

由此，编译器可能需要在结构体成员内存的分配中插入间隙，保证每个结构成员都满足它的对齐要求。或者需要在结构体的末尾加入填充，从而使得结构体数组中的每个元素都会满足它的对齐要求。

### 结构体大小计算

**情形一**

结构体中间插入间隙，上述代码：

```c
struct S
{
	int i;
	char c;
	int j;
};
```

如果编译器按照最小 9 字节分配，是不可能满足成员 i 和 j 的 4 字节对齐要求的。此时，编译器会在成员 c 和 j 之间插入一个 3 字节的间隙。结果 j 的偏移量为 8，而整个结构体的大小 为 12。

**情形二**

另外一个示例如下，其大小是多少呢？

```c
struct S2
{
	int i;
	int j;
	char c;
};
```

要正确计算这个结构体的大小，需要这样考虑：创建这个结构体的数组，每个数组元素都会满足它的对齐要求。

如果给这个结构体分配 9 个字节。考虑结构体数组 `struct s2 a[4]`，就不能满足数组 a 的每个元素的对齐要求。假设数组的起始地址为 x，则每个元素的地址分别为 x、x+9、x+18、x+27，有三个元素不满足对齐原则。

由此，编译器会为结构 s2 分配 12 个字节，最后三个字节是补充的空间（浪费的空间），即**在结构体的末尾增加填充**。

**情形三**

结构体成员是另外一个结构体时，示例如下：

```c
struct sta
{
	int i;
	int j;
	char c;
};

struct stb
{
	int i;
	char c;
	int j;
	char cc;
	struct sta tmp;
};
```

结构体 srb 的大小是多少呢？

要计算这种类型的结构体，只需要把其中的结构体成员当成一个整体即可。

先忽略 成员 tmp，结构体 stb 的大小为 16 字节（中间和末尾均需要填充间隙）；结构体 sta 的大小为 12 字节。从而可以计算得出，结构体 stb 的实际大小为 16 + 12 = 28 字节。

**情形四**

使用编译指令，示例代码如下：

```c
#pragma pack(1)
struct S3
{
	int i;
	int j;
	char c;
}
#pragma pack()
```

注意编译指令 **pragma pack** 的主要作用就是改变编译器的内存对齐方式。在不使用这条指令的情况下，编译器采取默认方式对齐。

此处的两条编译预处理指令，使得在这之间定义的结构体按照 1 字节方式对齐。在本例中，使用这两条指令的效果是，**编译器不会在结构体尾部填充空间了**。

这个结构体的大小为 9 字节。

aozima 打赏了 1.00 元 2021-11-30 11:55:25

4 条评论

aozima 2021-11-30

调网络不抓包，调I2C等时序不上逻辑分析仪，就像电工不用万用表！多用整理的好的文字，比截图更省流量，还能在整理过程中思考。

zppsky16 2021-11-30

公众号【一起学嵌入式】，RTOS、Linux、C/C++

Code_Monkey 2021-12-01

这家伙很懒，什么也没写！

zppsky16 2021-12-01

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