結(jié)構(gòu)體內(nèi)存的計(jì)算

一個(gè)結(jié)構(gòu)體變量定義完之后铝条,其在內(nèi)存中的存儲(chǔ)并不等于其所包含元素的寬度之和。

例一:

#include

using namespace std;

struct?X

{

char a;

int b;

double c;

}S1;

void main()

{

cout << sizeof(S1) << endl;

cout << sizeof(S1.a) << endl;

cout << sizeof(S1.b) << endl;

cout << sizeof(S1.c) << endl;

}

比如例一中的結(jié)構(gòu)體變量S1定義之后鬓照,經(jīng)測(cè)試顺饮,會(huì)發(fā)現(xiàn)sizeof(S1)= 16熔任,其值不等于sizeof(S1.a) = 1泽本、sizeof(S1.b) = 4和 sizeof(S1.c) = 8三者之和,這里面就存在存儲(chǔ)對(duì)齊問(wèn)題匪傍。

原則一:結(jié)構(gòu)體中元素是按照定義順序一個(gè)一個(gè)放到內(nèi)存中去的您市,但并不是緊密排列的。從結(jié)構(gòu)體存儲(chǔ)的首地址開(kāi)始役衡,每一個(gè)元素放置到內(nèi)存中時(shí)茵休,它都會(huì)認(rèn)為內(nèi)存是以它自己的大小來(lái)劃分的,因此元素放置的位置一定會(huì)在自己寬度的整數(shù)倍上開(kāi)始(以結(jié)構(gòu)體變量首地址為0計(jì)算)手蝎。

比如此例榕莺,首先系統(tǒng)會(huì)將字符型變量a存入第0個(gè)字節(jié)(相對(duì)地址,指內(nèi)存開(kāi)辟的首地址)棵介;然后在存放整形變量b時(shí)钉鸯,會(huì)以4個(gè)字節(jié)為單位進(jìn)行存儲(chǔ),由于第一個(gè)四字節(jié)模塊已有數(shù)據(jù)邮辽,因此它會(huì)存入第二個(gè)四字節(jié)模塊唠雕,也就是存入到4~8字節(jié);同理吨述,存放雙精度實(shí)型變量c時(shí)岩睁,由于其寬度為8,其存放時(shí)會(huì)以8個(gè)字節(jié)為單位存儲(chǔ)揣云,也就是會(huì)找到第一個(gè)空的且是8的整數(shù)倍的位置開(kāi)始存儲(chǔ)捕儒,此例中,此例中,由于頭一個(gè)8字節(jié)模塊已被占用刘莹,所以將c存入第二個(gè)8字節(jié)模塊阎毅。整體存儲(chǔ)示意圖如圖1所示。


考慮另外一個(gè)實(shí)例点弯。

例二:

struct X

{

char a;

double b;

int c;

}S2;

在例二中僅僅是將double型的變量和int型的變量互換了位置扇调。測(cè)試程序不變,測(cè)試結(jié)果卻截然不同蒲拉,sizeof(S2)=24肃拜,不同于我們按照原則一計(jì)算出的8+8+4=20,這就引出了我們的第二原則雌团。

原則二:在經(jīng)過(guò)第一原則分析后,檢查計(jì)算出的存儲(chǔ)單元是否為所有元素中最寬的元素的長(zhǎng)度的整數(shù)倍士聪,是锦援,則結(jié)束;若不是剥悟,則補(bǔ)齊為它的整數(shù)倍灵寺。

例二中,我們分析完后的存儲(chǔ)長(zhǎng)度為20字節(jié)区岗,不是最寬元素長(zhǎng)度8的整數(shù)倍略板,因此將它補(bǔ)齊到8的整數(shù)倍,也就是24慈缔。這樣就沒(méi)問(wèn)題了叮称。其存儲(chǔ)示意圖如圖2所示。


掌握了這兩個(gè)原則藐鹤,就能夠分析所有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)對(duì)齊問(wèn)題了瓤檐。再來(lái)看幾個(gè)例子,應(yīng)用以上兩個(gè)原則來(lái)判斷娱节。

例三:

struct X

{

double a;

char b;

int c;

}S3;

首先根據(jù)原則一來(lái)分析挠蛉。按照定義的順序,先存儲(chǔ)double型的a肄满,存儲(chǔ)在第0~7個(gè)字節(jié)谴古;其次是char型的b,存儲(chǔ)在第8個(gè)字節(jié)稠歉;接下來(lái)是int型的c掰担,順序檢查后發(fā)現(xiàn)前面三個(gè)四字節(jié)模塊都被占用,因此存儲(chǔ)在第4個(gè)四字節(jié)模塊轧抗,也就是第12~15字節(jié)恩敌。按照第一原則分析得到16個(gè)字節(jié),16正好是最寬元素a的寬度8的整數(shù)倍横媚,因此結(jié)構(gòu)體變量S3所占存儲(chǔ)空間就是16個(gè)字節(jié)纠炮。存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)如圖3所示月趟。


例四:

struct X

{

double a;

char b;

int c;

char d;

}S4;

仍然首先按照第一原則分析,得到的字節(jié)數(shù)為8+4+4+1=17恢口;再按照第二原則補(bǔ)齊孝宗,則結(jié)構(gòu)體變量S4所占存儲(chǔ)空間為24。存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)如圖4所示:


例五:

struct X

{

double a;

char b;

int c;

char d;

int e;

}S5;

同樣結(jié)合原則一和原則二分析耕肩,可知在S4的基礎(chǔ)上在結(jié)構(gòu)體內(nèi)部變量定義最后加入一個(gè)int型變量后因妇,結(jié)構(gòu)體所占空間并未增加,仍為24猿诸。存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)示意圖如圖5所示婚被。


例六:

如果將例五中加入的變量e放到第一個(gè)定義的位置,則情況就不同了梳虽。結(jié)構(gòu)體所占存儲(chǔ)空間會(huì)變?yōu)?2址芯。其存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)示意圖如圖6所示。


struct X

{

int e;

double a;

char b;

int c;

char d;

}S6;

補(bǔ)充:前面所介紹的都是元素為基本數(shù)據(jù)類型的結(jié)構(gòu)體窜觉,那么含有指針谷炸、數(shù)組或是其它結(jié)構(gòu)體變量或聯(lián)合體變量時(shí)該如何呢?

1.包含指針類型的情況禀挫。只要記住指針本身所占的存儲(chǔ)空間是4個(gè)字節(jié)就行了旬陡,而不必看它是指向什么類型的指針。

例七:

struct X????????????? struct Y?????????????? struct Z

{?????????????????????{??????????????????????{

char *a;????????????? int *b;?????????????????double *c;

};???????????????????? };?????????????????????};

經(jīng)測(cè)試语婴,可知sizeof(X)描孟、sizeof(Y)和sizeof(Z)的值都為4。

2.

含有構(gòu)造數(shù)據(jù)類型(數(shù)組腻格、結(jié)構(gòu)體和聯(lián)合體)的情況画拾。首先要明確的是計(jì)算存儲(chǔ)空間時(shí)要把構(gòu)造體看作一個(gè)整體來(lái)為其開(kāi)辟存儲(chǔ)空間;其次要明確的是在最后補(bǔ)齊時(shí)是按照所有元素中的基本數(shù)據(jù)類型元素的最長(zhǎng)寬度來(lái)補(bǔ)齊的菜职,也就是說(shuō)雖然要把構(gòu)造體看作整體青抛,但在補(bǔ)齊的時(shí)候并不會(huì)按照所含結(jié)構(gòu)體所占存儲(chǔ)空間的長(zhǎng)度來(lái)補(bǔ)齊的(即使它可能是最長(zhǎng)的)。

例八:

struct X

{

char a;

int b;

double c;

};

struct Y

{

char a;

X b;

};

經(jīng)測(cè)試酬核,可知sizeof(X)為16蜜另,sizeof(Y)為24。即計(jì)算Y的存儲(chǔ)長(zhǎng)度時(shí)嫡意,在存放第二個(gè)元素b時(shí)的初始位置是在double型的長(zhǎng)度8的整數(shù)倍處举瑰,而非16的整數(shù)倍處,即系統(tǒng)為b所分配的存儲(chǔ)空間是第8~23個(gè)字節(jié)蔬螟。

如果將Y的兩個(gè)元素char型的a和X型的b調(diào)換定義順序此迅,則系統(tǒng)為b分配的存儲(chǔ)位置是第0~15個(gè)字節(jié),為a分配的是第16個(gè)字節(jié),加起來(lái)一共17個(gè)字節(jié)耸序,不是最長(zhǎng)基本類型double所占寬度8的整數(shù)倍忍些,因此要補(bǔ)齊到8的整數(shù)倍,即24坎怪。測(cè)試后可得sizeof(Y)的值為24罢坝。

由于結(jié)構(gòu)體所占空間與其內(nèi)部元素的類型有關(guān),而且與不同類型元素的排列有關(guān)搅窿,因此在定義結(jié)構(gòu)體時(shí)嘁酿,在元素類型及數(shù)量確定之后,我們還應(yīng)該注意一下其內(nèi)部元素的定義順序男应。

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