sizeof struct 分析(包括union)

2021-07-04 06:27:32 字數 3679 閱讀 1114

有的時候,在腦海中停頓了很久的「顯而易見」的東西,其實根本上就是錯誤的。就拿下面的問題來看:

struct t;
使用sizeof(t),將得到什麼樣的答案呢?要是以前,想都不用想,在32位機中,int是4個位元組,char是1個位元組,所以t一共是5個位元組。實踐出真知,在vc6中測試了下,答案確實8個位元組。哎,反正受傷的總是我,我已經有點麻木了,還是老老實實的接受吧!為什麼答案和自己想象的有出入呢?這裡將引入記憶體對齊這個概念。

一. 記憶體對齊概念及其提出的原因

許多計算機系統對其內建型別的存放位置有一定的限制,通常會按照一定的倍數k存放相應的型別,這種方式即為記憶體對齊。其中k稱為記憶體模數。

def:若sizeof(struct s1)/sizeof(struct s2)>1 則稱s1的對齊要比s2的對齊嚴格,反之相反。

為什麼要提出記憶體對齊?

比如這麼一種處理器,它每次讀寫記憶體的時候都從某個8倍數的位址開始,一次讀出或寫入8個位元組的資料,假如軟體能保證double型別的資料都從8倍數字址開始,那麼讀或寫乙個double型別資料就只需要一次記憶體操作。否則,我們就可能需要兩次記憶體操作才能完成這個動作,因為資料或許恰好橫跨在兩個符合對齊要求的8位元組記憶體塊上。(在有些處理器上記憶體不對齊的話可能會出現錯誤)

二. 一些例子(在vc的編譯器上)

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。

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。

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24。(請讀者自己分析)

三. sizeof用法總結

在vc中,sizeof有著許多的用法,而且很容易引起一些錯誤。下面根據sizeof後面的引數對sizeof的用法做個總結。

a.引數為資料型別或者為一般變數。例如sizeof(int),sizeof(long)等等。這種情況要注意的是不同系統系統或者不同編譯器得到的結果可能是不同的。例如int型別在16位系統中佔2個位元組,在32位系統中佔4個位元組。

b.引數為陣列或指標。下面舉例說明.

int a[50]; //sizeof(a)=4*50=200;求陣列所佔的空間大小

int *a=new

int[50];// sizeof(a)=4; a為乙個指標,sizeof(a)是求指標的大小,在32位系統中,當然是佔4個位元組。

c.引數為結構或類。sizeof應用在類和結構的處理情況是相同的。但有兩點需要注意,第

一、結構或者類中的靜態成員不對結構或者類的大小產生影響,因為靜態變數的儲存位置與結構或者類的例項位址無關。

第二、沒有成員變數的結構或類的大小為1,因為必須保證結構或類的每一

個例項在記憶體中都有唯一的位址。

下面舉例說明:

class

test;//sizeof(test)=4.

test *s;//sizeof(s)=4,s為乙個指標。

class

test1;//sizeof(test1)=1;

最後,本人簡單說明一下sizeof(union)。sizeof(union)的大小取決於它所有的成員中,占用空間最大的乙個成員的大小。

舉個例子

union u

union u1

sizeof(u)=8,sizeof(u1)=5。sizeof(u1)=5很簡單,因為u1中空間最大的成員大小是5。那為什麼sizeof(u)=8呢?這是因為第二個成員變數int b的影響。通過以上的分析我們知道,結構體有邊界數,其大小必須是結構體重占用最大空間的型別所占用的位元組數的倍數,這裡原理也一樣。sizeof(int)=4,離5最近的4的倍數是8,所以sizeof(u)=8。

sizeof struct 記憶體分配分析

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...

sizeof struct 的結果分析及其原因

有的時候,在腦海中停頓了很久的 顯而易見 的東西,其實根本上就是錯誤的。就拿下面的問題來看 struct t 使用sizeof t 將得到什麼樣的答案呢?要是以前,想都不用想,在32位機中,int是4個位元組,char是1個位元組,所以t一共是5個位元組。實踐出真知,在vc6中測試了下,答案確實8個...

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