共用體結構體的記憶體分配

2021-06-17 00:07:30 字數 4688 閱讀 4769

共用體表示幾個變數共用乙個記憶體位置,在不同的時間儲存不同的資料型別和不同長度的變數。在union中,所有的共用體成員共用乙個空間,並且同一時間只能儲存其中乙個

成員變數

的值。

下例表示宣告乙個共用體foo:

union foo  ;

再用已宣告的共用體可定義共用體變數。

例如用上面說明的共用體定義乙個名為bar的共用體變數, 可寫成:

union foo bar;

在共用體變數bar中, 

整型變數

i和字元變數

c共用同一記憶體位置。

當乙個共用體被宣告時, 

編譯程式

自動地產生乙個變數, 其長度為聯合中最大的變數長度的整數倍。以上例而言,最大長度是double資料型別,所以foo的記憶體空間就是double型的長度。

union foo

;在這個union中,foo的記憶體空間的長度為12,是int型的3倍,而並不是

陣列的長度10,因為char[10]佔了10個位元組,那麼以int型的4位元組對齊就應該是int的3倍12位元組。若把int改為double,則foo的記憶體空間為16,是double型的兩倍。

示例1:

union data1;

sizeof(uniondata1)的值為16.在編譯器預設設定的情況下,該共用體最大基本型別為double,它佔8位元組,所以此共用體以8來對齊。字元陣列c2佔9個位元組,那麼整個共用體應該佔9個位元組,但按照對齊原則,實際分配給它的記憶體為16位元組。

「結構」是一種構造型別,它是由若干「成員」組成的。 每乙個成員可以是乙個基本資料型別或者又是乙個構造型別。 結構既是一種「構造」而成的資料型別, 那麼在說明和使用之前必須先定義它,也就是構造它。如同在說明和呼叫函式之前要先定義函式一樣。

結構定義之後,即可進行變數說明。 凡說明為結構stu的變數都由上述4個成員組成。由此可見, 結構是一種複雜的

資料型別

,是數目固定,型別不同的若干有序變數的集合。

請看下面的結構:

struct mystruct ;

對結構mystruct採用sizeof會出現什麼結果呢?sizeof(mystruct)為多少呢?也許你會這樣求:

sizeof(mystruct)=sizeof(double)+sizeof(char)+sizeof(int)=13

但是當在vc中測試上面結構的大小時,你會發現sizeof(mystruct)為16。你知道為什麼在vc中會得出這樣乙個結果嗎?

其實,這是vc對

變數儲存的乙個特殊處理。為了提高cpu的儲存速度,vc對一些變數的起始位址做了「

對齊」處理。在預設情況下,vc規定各

成員變數

存放的起始位址相對於結構的起始位址的

偏移量必須為該變數的型別所占用的位元組數的倍數。下面列出常用型別的對齊方式(vc6.0,32位系統)。

型別對齊方式(變數存放的起始位址相對於結構的起始位址的偏移量)

char

偏移量必須為sizeof(char)即1的倍數

int偏移量必須為sizeof(int)即4的倍數

float

偏移量必須為sizeof(float)即4的倍數

double

偏移量必須為sizeof(double)即8的倍數

short

偏移量必須為sizeof(short)即2的倍數

示例2:

struct data1

;sizeof(structdata1)的值為24,首先按照儲存大小,該結構體所佔儲存空間為:8+4+1+9=22位元組,這個結構體也是以8對齊,因此實際分配的是24位元組

各成員變數

在存放的時候根據在結構中出現的順序依次申請空間,同時按照上面的對齊方式調整位置,空缺的

位元組vc會自動填充。同時vc為了確保結構的大小為結構的

位元組邊界數

(即該結構中占用最大空間的型別所占用的位元組數)的倍數,所以在為最後乙個成員變數申請空間後,還會根據需要自動填充空缺的位元組。

下面用前面的例子來說明vc到底怎麼樣來存放結構的。

struct mystruct;

為上面的結構分配空間的時候,vc根據成員變數出現的順序和對齊方式,先為第乙個成員dda1分配空間,其起始位址跟結構的起始位址相同(剛好

偏移量0剛好為sizeof(double)的倍數),該成員變數占用sizeof(double)=8個位元組;接下來為第二個成員dda分配空間,這時下乙個可以分配的位址對於結構的起始位址的偏移量為8,是sizeof(char)的倍數,所以把dda存放在偏移量為8的地方滿足對齊方式,該成員變數占用sizeof(char)=1個位元組;接下來為第三個成員type分配空間,這時下乙個可以分配的位址對於結構的起始位址的偏移量為9,不是sizeof(int)=4的倍數,為了滿足對齊方式對偏移量的約束問題,vc自動填充3個位元組(這三個位元組沒有放什麼東西),這時下乙個可以分配的位址對於結構的起始位址的偏移量為12,剛好是sizeof(int)=4的倍數,所以把type存放在偏移量為12的地方,該成員變數占用sizeof(int)=4個位元組;這時整個結構的成員變數已經都分配了空間,總的占用的空間大小為:8+1+3+4=16,剛好為結構的位元組邊界數(即結構中占用最大空間的型別所占用的位元組數sizeof(double)=8)的倍數,所以沒有空缺的位元組需要填充。所以整個結構的大小為:sizeof(mystruct)=8+1+3+4=16,其中有3個位元組是vc自動填充的,沒有放任何有意義的東西。

下面再舉個例子,交換一下上面的mystruct的成員變數的位置,使它變成下面的情況:

struct mystruct;

這個結構占用的空間為多大呢?在vc6.0環境下,可以得到sizeof(mystruc)為24。結合上面提到的分配空間的一些原則,分析下vc怎麼樣為上面的結構分配空間的。(簡單說明)

struct mystruct

;//所有成員變數都分配了空間,空間總的大小為1+7+8+4=20,不是結構

//的節邊界數(即結構中占用最大空間的型別所占用的位元組數sizeof

//(double)=8)的倍數,所以需要填充4個位元組,以滿足結構的大小為

//sizeof(double)=8的倍數。

所以該結構總的大小為:sizeof(mystruc)為1+7+8+4+4=24。其中總的有7+4=11個位元組是vc自動填充的,沒有放任何有意義的東西。

結構體中嵌入結構體:

struct inner

;這個結構體顯然是8位元組對齊的,在給c1分配儲存空間時,考慮到對齊,分配給c1的位元組數就是8,然後給d分配8位元組,最後給c2分配時,因為也要以8對齊,所以也分配了8個位元組的儲存空間。所以sizeof(structinner)值為24.

如果是:

struct inner

;當然這個結構體也是以8位元組對齊的,編譯器編譯程式時,給c1、c2分配儲存空間沒有必要各自給它們分配8位元組,只要8位元組就可以了。給d分配8位元組,所以sizeof(structinner)值為16.

struct inner

;union data4

;由於data4共用體中有乙個inner結構體,所以最大的基本資料型別為double,因此以8位元組對齊。共用體的儲存長度取決於t1,而t1長度為24,因此sizeof(uniondata4)的值為24.

struct inner

;struct data4

;data4結構體中有乙個inner結構體,所以以8對齊,變數i和c共分配8位元組就可以了,因此sizeof(structdata4)的值為32.

vc對結構的儲存的特殊處理確實提高cpu儲存

變數的速度,但是有時候也帶來了一些麻煩,我們也遮蔽掉變數預設的對齊方式,自己可以設定變數的對齊方式。

vc中提供了

#pragma

pack(n)來設定變數以n

位元組對齊

方式。n位元組對齊就是說變數存放的起始位址的

偏移量有兩種情況:第

一、如果n大於等於該變數所占用的位元組數,那麼偏移量必須滿足預設的對齊方式,第

二、如果n小於該變數的型別所占用的位元組數,那麼偏移量為n的倍數,不用滿足預設的對齊方式。結構的總大小也有個約束條件,分下面兩種情況:如果n大於所有

成員變數

型別所占用的位元組數,那麼結構的總大小必須為占用空間最大的變數占用的空間數的倍數;

否則必須為n的倍數。下面舉例說明其用法。

#pragma pack(push) //儲存對齊狀態

#pragma pack(4)//設定為4位元組對齊

struct test;

#pragma pack(pop)//恢復對齊狀態

以上結構的大小為16,下面分析其儲存情況,首先為m1分配空間,其偏移量為0,滿足我們自己設定的對齊方式(4位元組對齊),m1占用1個位元組。接著開始為m4分配空間,這時其偏移量為1,需要補足3個位元組,這樣使偏移量滿足為n=4的倍數(因為sizeof(double)大於n),m4占用8個位元組。接著為m3分配空間,這時其偏移量為12,滿足為4的倍數,m3占用4個位元組。這時已經為所有成員變數分配了空間,共分配了16個位元組,滿足為n的倍數。如果把上面的#pragma pack(4)改為#pragma pack(16),那麼我們可以得到結構的大小為48。

共用體和結構體有下列區別:

1. 共用體和

結構體都是由多個不同的

資料型別

成員組成, 但在任何同一時刻, 共用體只存放了乙個被選中的成員, 而結構體的所有成員都存在。

2. 對於共用體的不同成員賦值, 將會對其它成員重寫, 原來成員的值就不存在了, 而對於結構體的不同成員賦值是互不影響的。

示例參考:

結構體 共用體

結構體 結構體的定義1 struct mystruct 定義新變數 struct mystruct s1 結構體定義2 typedef struct mystruct mstrct 定義新變數 mstrct s1 結構體定義3 type struct mstrct 定義新變數 mstrct s1 共...

結構體和共用體的記憶體對齊

編譯器按照成員列表的順序乙個接乙個地給每個成員分配記憶體。只有當儲存成員時需要滿足正確的邊界對齊要求時,成員時間才可能出現用於填充的額外記憶體空間。系統禁止編譯器在乙個結構的起始位置跳過幾個位元組來滿足邊界對齊要求,因此所有結構的起始位置必須是結構中邊界要求最嚴格的資料所要求的位置。這段話來自 c和...

結構體的記憶體分配

記憶體大小和系統有關,如32位系統和64位系統,同一資料型別,記憶體分配大小不一 假設這台機器是sizeof char 1 sizeof int 4 sizeof double 8 列舉型別只為最寬的資料分配記憶體,在不同的時候,用的是同一塊記憶體 在預設情況下,規定各成員變數的起始位址相對於結構的...