C語言中結構體與內存對齊的方法

這篇文章主要介紹了C語言中結構體與內存對齊的方法的相關知識，內容詳細易懂，操作簡單快捷，具有一定借鑒價值，相信大家閱讀完這篇C語言中結構體與內存對齊的方法文章都會有所收獲，下面我們一起來看看吧。

1.結構體類型

C語言中的2種類型：原生類型和自定義類型，結構體類型是一種自定義類型。

2.結構體使用時先定義結構體類型再用類型定義變量

-> 結構體定義時需要先定義結構體類型，然后再用類型來定義變量。

-> 也可以在定義結構體類型的同時定義結構體變量。

// 定義類型
struct people
{
 char name[20];
 int age;
};
 
// 定義類型的同時定義變量。
struct student
{
 char name[20];
 int age;
}s1;
 
// 將類型struct student重命名為s1，s1是一個類型名，不是變量
typedef struct student
{
 char name[20];
 int age;
}s1;

3.從數組到結構體的進步之處

-> 結構體可以認為是從數組發展而來的。

-> 數組有2個明顯的缺陷：第一個是定義時必須明確給出大小，且這個大小在以后不能再更改；第二個是數組要求所有的元素的類型必須一致。

-> 結構體是用來解決數組的第二個缺陷的，可以將結構體理解為一個其中元素類型可以不相同的數組。

4.結構體變量中的元素如何訪問？

-> 數組中元素的訪問方式：表面上有2種方式（數組下標方式和指針方式）；實質上都是指針方式訪問。

-> 結構體變量中的元素訪問方式：只有一種，用 . 或者->的方式來訪問。

struct score
{
 int a;
 int b;
 int c;
};
 
struct myStruct
{
 int a;   // 4 
 double b;  // 8
 char c;
};
 
int  main()
{
 struct myStruct s1;
 s1.a = 12;        // int *p = (int *)&s1; *p = 12;
 s1.b = 4.4;       // double *p = (double *)(&s1 + 4); *p = 4.4;
 s1.c = "a";      // char *p = (char *)((int)&s1 + 12); *p = "a";
 
 int a[3];  // 3個學生的成績，數組方式
 score s;  // 3個學生的成績，結構體的方式
 
 s.a = 12;  // 編譯器在內部還是轉成指針式訪問 int *p = s; *(p+0) = 12;
 s.b = 44;  // int *p = s; *(p+1) = 44;
 s.c = 64;  // int *p = s; *(p+2) = 44;
}

5.結構體的對齊訪問

什么是結構體對齊訪問:

//定義一個結構體
struct s
{
 char c;   //     c實際占4字節，而不是1字節
 int b;   // 4
};
 
int main(void)
{
 struct s s1;
 s1.c = "t";
 s1.b = 12;
 
 char *p1 = (char *)(&s1);
 printf("*p1 = %c.
", *p1);   // t
 
 int *p2 = (int *)((int)&s1 + 1);  
 printf("*p2 = %d.
", *p2);   // 201852036.得到一個奇怪的數字
 
 int *p3 = (int *)((int)&s1 + 4);  
 printf("*p3 = %d.
", *p3);   // 12.
 
 
 printf("sizeof(struct s) = %d.
", sizeof(struct s)); 結果是8
 
 return 0;
 
}

6.結構體為何要對齊訪問

-> 結構體中元素對齊訪問主要原因是為了配合硬件，也就是說硬件本身有物理上的限制，如果對齊排布和訪問會提高效率，否則會大大降低效率。

-> 對比對齊訪問和不對齊訪問：對齊訪問犧牲了內存空間，換取了速度性能；而非對齊訪問犧牲了訪問速度性能，換取了內存空間的完全利用。

7.結構體對齊實例

struct mystruct1
{     // 1字節對齊     4字節對齊
    int a;   // 4   4
    char b;   // 1   2(1+1)
    short c;  // 2   2
};
 
int main()
{
 printf("sizeof(struct mystruct1) = %d.
", sizeof(struct mystruct1));       //   8
 return 0;
}

分析：首先是整個結構體，整個結構體變量4字節對齊是由編譯器保證的，我們不用操心。 第一個元素a，a的開始地址就是整個結構體的開始地址，所以自然是4字節對齊的。但是a的結束地址要由下一個元素說了算。第二個元素b，因為上一個元素a本身占4字節，本身就是對齊的。所以留給b的開始地址也是4字節對齊地址，所以b可以直接放。 b的起始地址定了后，結束地址不能定（因為可能需要填充），結束地址要看下一個元素來定。然后是第三個元素c，short類型需要2字節對齊（short類型元素必須放在類似0，2，4，8這樣的地址處，不能放在1，3這樣的奇數地址處），因此c不能緊挨著b來存放，解決方案是在b之后添加1 字節的填，然后再開始放c。c放完之后還沒結束， 當整個結構體的所有元素都對齊存放后，還沒結束，因為整個結構體大小還要是4的整數倍。

typedef struct mystruct2
{					// 1字節對齊  	4字節對齊
    char a;			// 1			4(1+3)
    int b;			// 4			4
    short c;		// 2			4(2+2)
}MyS2;
 
int main()
{
	printf("sizeof(struct mystruct2) = %d.
", sizeof(struct mystruct2));   //12
	return 0;
}

struct mystruct1
{            //1字節對齊    4字節對齊
    int a;          // 4       4
    char b;          // 1       2(1+1)
    short c;         // 2       2
};
 
typedef struct myStruct5
{       // 1字節對齊    4字節對齊
    int a;     // 4   4
    struct mystruct1 s1; // 7   8
    double b;    // 8   8
    int c;     // 4   4 
}MyS5;
 
int main()
{
 printf("sizeof(struct mystruct5) = %d.
", sizeof(MyS5));  //24
 return 0;
}

struct stu
{       // 1字節對齊     4字節對齊
 char sex;    // 1   4(1+3)
 int length;    // 4   4
 char name[10];   // 10   12(10+2)
};
 
 
int main()
{
 printf("sizeof(struct stu) = %d.
", sizeof(struct stu));  //20
 return 0;
}

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