struct 結構體型別的大小計算

2021-07-05 03:22:24 字數 2100 閱讀 8631

struct s1;

問sizeof(s1)等於多少?

聰明的你開始思考了,char佔1個位元組,int佔4個位元組,那麼加起來就應該是5。

是這樣嗎?

你在你機器上試過了嗎?

也許你是對的,但很可能你是錯的!

vc6中按預設設定得到的結果為8。

why?為什麼受傷的總是我?

請不要沮喪,我們來好好琢磨一下sizeof的定義 —— sizeof的結果等於物件或者型別所佔的記憶體位元組數。好吧,那就讓我們來看看s1的記憶體分配情況:

s1 s1 = ;

定義上面的變數後,加上斷點,執行程式,觀察s1所在的記憶體,你發現了什麼?

以我的vc6.0為例,s1的位址為0x0012ff78,其資料內容如下:

0012ff78: 61 cc cc cc ff ff ff ff

發現了什麼?怎麼中間夾雜了3個位元組的cc?

看看msdn上的說明:

原來如此,這就是傳說中的位元組對齊啊!乙個重要的話題出現了。

為什麼需要位元組對齊?

計算機組成原理教導我們,這樣有助於加快計算機的取數速度,否則就得多花指令週期了。

為此,編譯器缺省會對結構體進行處理(實際上其它地方的資料變數也是如此),讓寬度為2的基本資料型別(short等)都位於能被2整除的位址上,讓寬度為4的基本資料型別(int等)都位於能被4整除的位址上。以此類推,這樣,兩個數中間就可能需要加入填充位元組,所以整個結構體的sizeof值就增長了。

讓我們交換一下s1中char與int的位置:

struct s2;

看看sizeof(s2)的結果為多少?怎麼還是8。

再看看記憶體,原來成員c後面仍然有3個填充位元組。

這又是為什麼啊?別著急,下面總結規律。

1) 結構體變數的首位址能夠被其最寬基本型別成員的大小所整除;

2) 結構體每個成員相對於結構體首位址的偏移量(offset)都是成員大小的整數倍,如有需要編譯器會在成員之間加上填充位元組(internal adding);

3) 結構體的總大小為結構體最寬基本型別成員大小的整數倍,如有需要編譯器會在最末乙個成員之後加上填充位元組(trailing padding)。

對於上面的準則,有幾點需要說明:

1) 前面不是說結構體成員的位址是其大小的整數倍,怎麼又說到偏移量了呢?

因為有了第1點存在,所以我們就可以只考慮成員的偏移量,這樣思考起來簡單。想想為什麼。

結構體某個成員相對於結構體首位址的偏移量可以通過巨集offsetof()來獲得,這個巨集也在stddef.h中定義,如下:

#define offsetof(s,m) (size_t)&(((s *)0)->m)

例如,想要獲得s2中c的偏移量,方法為

size_t pos = offsetof(s2, c);// pos等於4

2) 基本型別是指前面提到的像char、short、int、float、double這樣的內建資料型別。這裡所說的「資料寬度」就是指其sizeof的大小。由於結構體的成員可以是復合型別,比如另外乙個結構體,所以在尋找最寬基本型別成員時,應當包括復合型別成員的子成員,而不是把復合成員看成是乙個整體。但在確定復合型別成員的偏移位置時則是將復合型別作為整體看待。

這裡敘述起來有點拗口,思考起來也有點撓頭,還是讓我們看看例子吧(具體數值仍以vc6為例,以後不再說明):

struct s3;

s1的最寬簡單成員的型別為int,s3在考慮最寬簡單型別成員時是將s1「打散」看的,所以s3的最寬簡單型別為int。這樣,通過s3定義的變數,其儲存空間首位址需要被4整除,整個sizeof(s3)的值也應該被4整除。

c1的偏移量為0,s的偏移量呢?這時s是乙個整體,它作為結構體變數也滿足前面三個準則,所以其大小為8,偏移量為4,c1與s之間便需要3個填充位元組,而c2與s之間就不需要了,所以c2的偏移量為12,算上c2的大小為13,13是不能被4整除的,這樣末尾還得補上3個填充位元組。最後得到sizeof(s3)的值為16。

通過上面的敘述,我們可以得到乙個公式:

結構體的大小等於最後乙個成員的偏移量加上其大小再加上末尾的填充位元組數目,即:

sizeof( struct ) = offsetof( last item ) + sizeof( last item ) + sizeof( trailing padding )

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