内存对齐.md

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。