你會計算 C 語言中的結構體的大小嗎?

2021-06-19 03:43:58 字數 2324 閱讀 4928

計算 sizeof(struct),很多初學者都會在這裡栽跟頭!

c語言中的結構體為我們提供了集中資料的機制,使用結構體可以將相關的資料存放在一起,組成乙個有機整體,方便使用。下面是乙個結構體示例:

struct tagphone

phone;

結構體看似簡單,但也要注意的地方,否則你很可能它會在未來某個時候讓你發狂! believe me~

就拿上面的結構體 phone 來說,它在記憶體中占用多少位元組?

當然是 7個位元組啦,怎麼算的呢? sizeof(char) + sizeof(int) + sizeof(short) = 1 + 4 + 2  = 7 ,恩,算術過程很正確。恭喜你,答錯了!!!

正確的計算方法

不是你的算術過程錯了,而是編譯器不是這樣計算的。

計算結構體大小時需要考慮其記憶體布局,結構體在記憶體中存放是按單元存放的,每個單元多大取決於結構體中最大基本型別的大小。

如,char 是 1 位元組,short 是 2  位元組, int 是 4 位元組(之前這裡筆誤了,謝謝網友提醒~), long 是 4 位元組 , long long 是 8 位元組(具體情況視編譯器而定,不過一般是這樣)

比如上面的結構體 phone 其儲存單元就是 4 位元組(因為最大的型別為int),其儲存過程是這樣的:

圖 1  結構體 phone 的記憶體布局

先儲存 char 型別的字段a,佔 1 個位元組;

再儲存 int 型別的字段b,佔 4 個位元組,但是儲存單元中只剩下3個位元組空間,而編譯器是不會將乙個型別分割了儲存的,所以咋還是另起一行吧,所以 int 型別就儲存在乙個新的單元裡。

最後儲存 short 型別的字段c,佔 2 個位元組。

圖 1  中的空白空間雖然沒有使用,但是它也會算作結構體的一部分,所以最終結構體 phone 占用的儲存空間是 4 * 3 = 12 位元組。

做的更好些! 占用更少的儲存空間

上面圖 1 中顯示的結構體 phone 的記憶體布局中,有好多空白空間沒有使用導致浪費。其實我們可以做的更好些,只需要編碼時稍稍改變下結構體中字段的順序其產生的結構會令你的程式節省不少空間。

將上面結構體 phone 中欄位 b 和字段 c 交換下位置,得到新的結構體 phone2:

圖 2 結構體 phone2 的記憶體布局

上面這個結構體計算儲存空間,sizeof(phone2) = 4 * 2 = 8 位元組,比上面phone節省了 1/3 的儲存空間。

做到最好! 占用最少的儲存空間

上面的雖然情況有所好轉,節省了不少空間,但是還是有空白空間被浪費,而且還需要我們編碼時考慮結構體字段的順序。除此之外,還有很重要的乙個因素,就是我們用 sizeof 求出的結構體大小與結構體中每個欄位所佔空間之和不等,雖然這一點我們現在已經清楚怎麼回事,但是我們還是希望無論結構體中字段順序如何,sizeof 求出的大小總是和結構體中所有欄位所佔空間之和相等。 怎麼解決呢?

辦法相當簡單,相比你猜到了~~, 記憶體中資料的最小單元既然是位元組,那幹嘛不以位元組為單位呢?所以結構體 phone 變為如下形式: 

圖 2 結構體 phone2 的記憶體布局

上面結構計算大小,sizeof(phone3) = 1 + 2 + 4 = 7, 其大小為結構體中個字段大小之和,這也是最節省空間的一種寫法。

總結

上面提到的三種寫法,各有各的優點:

第一種寫法,空間浪費嚴重,sizeof 計算大小與預期不一致,但是保持了每個欄位的資料型別。這也是最常見的漫不經心的寫法,一般人很容易這樣寫;

第三種寫法,最節省空間的寫法,也是使用 sizeof 求大小與預期一樣的寫法,但是全部使用位元組型別,丟失了字段本生的資料型別,不方便使用;

第二種寫法,介於第一種和第三種寫法之間,其空間上比較緊湊,同時又保持了結構體中字段的資料型別。

只要了解是這些寫法的差異性,可以視情況選用。

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