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【C进阶】内存对齐

【C进阶】内存对齐

作者: 不会编程的程序圆 | 来源:发表于2020-03-24 10:17 被阅读0次

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    零 前言

    自定义类型也就是:结构体,联合和枚举。这部分的基础知识在前面的文章中我们也详细的讲过。点击阅读

    我们这一节主要来讲一相关的些比较重要的知识。

    一 结构体

    1. 内存对齐

    Ⅰ)引入
    struct S1
    {
        char c1;
        int i;
        char c2;
    };
    

    上面是一个结构体,也是我们自定义的一种类型。我们知道,任何类型都有大小,那么结构体 S1 的大小是多少?

    是结构体各成员变量大小的和吗?如果是的话,那结构体 S1 的大小就是 6

    那我们设计一个程序验证一下:

    int main(void) {
    
        printf("%d", sizeof(struct S1));
    
        return 0;
    }
    

    输出是:12,这个 12 是怎么得来的呢?

    想要知道这个问题答案,那我们就要了解一下 内存对齐

    Ⅱ)为什么要内存对齐?

    内存对齐关系到 CPU 读取数据的效率 和 一些其他原因。我们这里不做展开,有兴趣可以自己查一下。

    Ⅲ)规则
    • 第一个成员在与结构体变量偏移量为0的地址处。

    • 其他成员变量要对齐到某个数字(对齐数)的整数倍的地址处。

    对齐数 = 编译器默认的一个对齐数 与 该成员大小的较小值
    VS中默认的值为8

    • 结构体总大小为最大对齐数(每个成员变量都有一个对齐数)的整数倍。

    • 如果嵌套了结构体的情况,嵌套的结构体对齐到自己的最大对齐数的整数倍处,结构体的整体大小就是所有最大对齐数(含嵌套结构体的对齐数)的整数倍。

    四)练习

    判断下面结构体的大小:

    VS 默认的对齐数是 8,32 位机器

    1

    struct S1
    {
        char c1;
        int i;
        char c2;
    };
    

    解析:1(char) (+3(int 应该对齐到 4 的整数倍上,也就是 4,所以应该给 1 加上 3 凑成 4)) +4(int) +1(char) (+3最后整个结构体大小为最大对齐数(也就是 4)的整数倍处,所以结构体的大小不是 9 而是 12 )(最大对齐数是最大成员的对齐数,这个是前面算过的(成员大小和默认对齐数取小))

    答案:12

    2

    struct S2
    {
        char c1;
        char c2;
        int i;
    };
    

    第一个例题已经详细的分析了判断结构体大小的步骤,下面不再赘述。

    1 (char)+ 1 (char) (+2) + 4 (int)

    答案:8

    3

    struct S3
    {
        double d;
        char c;
        int i;
    }
    

    8 (double) + 1 (char) (+3) + 4 (int)

    答案:16

    4

    struct S3
    {
        double d;
        char c;
        int i;
    };
    
    struct S4
    {
        char c1;
        struct S3 s3;
        double d;
    };
    

    例 3 中,我们已经知道了 S3 的大小是 16

    1 (char) (+ 7(结构体大小是 16 和 编译器默认对齐数 8 取较小值,所以结构体要对齐的整数倍是 8)) + 16 (S3) + 8 (double)

    答案:32

    不确定你可以自己在你的编译器上敲一下,看看运行结构,前提是编译器的默认对齐数是 8 ,如果不是,结果可能会不一样,那么编译器的默认对齐数可以修改吗?

    2. 修改默认对齐数

    只需要加上一条指令即可:

    #pragma pack(4)//设置默认对齐数为4
    

    如果你想取消设置的默认对齐数,还原为默认:

    #pragma pack()
    

    二 位段

    1.了解位段

    位段的声明和结构是类似的,有两个不同:

    1. 位段的成员必须是 int、unsigned int 或signed int 。
    2. 位段的成员名后边有一个冒号和一个数字。
    struct S
    {
        char a : 3;// a 的大小为 3 个比特位
        char b : 4;
        char c : 5;
        char d : 4;
    };
    int main(void) {
    
        struct S s = { 0 };
        
        // 可以像一般的结构体成员访问一样访问它们
        s.a = -4;// 3 个字节存储数的范围是 -4 ~ 3
        s.b = 7;
        s.c = 3;
        s.d = 4;
    
    
        printf("%d\n", s.a);
    
        return 0;
    }
    

    存储方式:

    1. 位段的成员可以是 int unsigned int signed int 或者是 char (属于整形家族)类型
    2. 位段的空间上是按照需要以4个字节( int )或者1个字节( char )的方式来开辟的。
    3. 位段涉及很多不确定因素,位段是不跨平台的,注重可移植的程序应该避免使用位段

    位段的应用:

    可以自行了解IP数据报格式

    在 Github 上看更全的目录:

    https://github.com/hairrrrr/C-CrashCourse

    以后的这个系列的代码都会上传上去,欢迎 star


    以上就是本次的内容。

    如果文章有错误欢迎指正和补充,感谢!

    最后,如果你还有什么问题或者想知道到的,可以在评论区告诉我呦,我可以在后面的文章加上你们的真知灼见​​。

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    我是程序圆,我们下次再见。

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