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iOS底层原理-002 struct内存对齐

iOS底层原理-002 struct内存对齐

作者: 杨奇 | 来源:发表于2020-09-10 12:44 被阅读0次

提出问题

当我们定义一个 struct 的时候,它在内存中是怎么存储的?占用了多少字节的内存空间呢?这就是我们今天要探索的问题。

基本数据类型的内存占用大小

基本数据类型的内存占用大小

struct

struct A {
    int a;
    char b;
    short c;
    double d;
    char e;
};

struct B {
    double a;
    int b;
    short c;
    double d;
    char e;
};

根据我们前面的基本类型数据大小,A 和 B 都包含 int, char, short, double 四种类型。根据前面的基本数据类型大小依次进行求和,A是4 + 1 + 2 + 8 + 1 = 16,B是8 + 4 + 2 + 8 +1 = 23。
真的是这样的么?我们看看实际打印结果。

打印结果我们会发现

A占用的内存 -> 24
B占用的内存 -> 32

是不是和我们计算的结果不一样,那是为什么呢,是因为再在这里做了内存对齐操作

内存对齐原则

原则一

数据成员对⻬规则:结构(struct)(或联合(union))的数据成员,第一个数据成员放在offset为0的地方,以后每个数据成员存储的起始位置要从该成员大小或者成员的子成员大小(只要该成员有子成员,比如说是数组,结构体等)的整数倍开始(比如int为4字节,则要从4的整数倍地址开始存储)。

验证

将原则一放入到我们的两个结构体中进行验证

struct A

-a占4字节(0,4), 存放在[0,1,2,3]中
-b占1字节(4,1),存放在[4]中
-c占2字节(5,2)2不能整除5,向后移动到(6,2),存放在[6,7]中
-d占8字节(8,8),存放在[8,9,10,11,12,13,14,15]中
-e占1字节(16,1),存放在[16]中
一共是17个字节

struct B

-a占8字节(0,8),存放在[0,1,2,3,4,5,6,7]中
-b占1字节(8,1),存放在[8]中
-c占2字节(9,2),2不能整除9,向后移动到(10,2)存放在[10,11]中
-d占8字节(12,8),8不能整除12,向后移动到(16,8)存放在[16,17,18,19,20,21,22,23]中
-e占1字节(24,1),存放在[24]中
一共是25个字节

-A需要的字节为17
-B需要的字节为25
我们打印验证结果

图片
但是发现我们打印的结果与计算结果不一样,这里就要结合原则三

原则三

结构体的总大小,也就是sizeof的结果,必须是其内部最大成员的整数倍,不足的要补⻬
A和B的最大成员都是double类型(8),所以大小都为8的整数倍
再计算一下可得出最终结果
-A的占用字节为24
-B的占用字节为32

原则二

结构体作为成员:如果一个结构里有某些结构体成员,则结构体成员要从其内部最大元素大小的整数倍地址开始存储.(struct a里存有struct b,b里有char,int ,double等元素,那b应该从8的整数倍开始存储.)

我们将structA加入structB中

struct A {
    int I;
    char k;
    short n;
    double m;
    char j;
}A;
struct B {
    double a;
    int b;
    short c;
    double d;
    char e;
    struct A h; 
}B;

上面我们知道结尾是e,
-e占1字节(24,1),存放在[24]中
根据原则二A的最大成员为8字节(double)
h开始要从8的整数倍开始: 向后移动到32

-i占4字节(32,4), 存放在[32,33,34,35]中
-b占1字节(36,1),存放在[36]中
-c占2字节(37,2)2不能整除37,向后移动到(38,2),存放在[38,39]中
-d占8字节(40,8),存放在[40,41,42,42,44,45,46,47]中
-e占1字节(48,1),存放在48]中

需要的字节49
实际分配的内存还要结合原则三,最后的结果为56
我们打印验证一下结果

图片

最后回答我们开始提出的问题

原则一:数据成员对⻬规则:结构(struct)(或联合(union))的数据成员,第一个数据成员放在offset为0的地方,以后每个数据成员存储的起始位置要从该成员大小或者成员的子成员大小(只要该成员有子成员,比如说是数组,结构体等)的整数倍开始(比如int为4字节,则要从4的整数倍地址开始存储)。

原则二:结构体作为成员:如果一个结构里有某些结构体成员,则结构体成员要从其内最大元素大小的整数倍地址开始存储.(struct a里存有struct b,b里有char,int ,double等元素,那b应该从8的整数倍开始存储.)

原则三:收尾工作:结构体的总大小,也就是sizeof的结果,必须是其内部最大成员的整数倍,不足的要补⻬

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