sizeof 與 位元組對齊

2022-01-30 22:49:30 字數 2976 閱讀 7398

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sizeof是運算子,可用於任何變數名、型別名或常量值,當用於變數名(不是陣列名)或常量時,它不需要用圓括號。

它在編譯時起作用,而不是執行時。

這是初學者問得最多的乙個問題,所以這裡有必要多費點筆墨。讓我們先看乙個結構體:

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

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。

位元組對齊的細節和編譯器實現相關,但一般而言,滿足三個準則:

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 )

到這裡,朋友們應該對結構體的sizeof有了乙個全新的認識,但不要高興得太早,有乙個影響 sizeof的重要參量還未被提及,那便是編譯器的 pack指令。它是用來調整結構體對齊方式的,不同編譯器名稱和用法略有不同,vc6中通過#pragma pack實現,也可以直接修改/zp編譯開關。#pragma pack的基本用法為:#pragma pack( n ),n為位元組對齊數,其取值為1、2、4、8、16,預設是8,如果這個值比結構體成員的sizeof值小,那麼

該成員的偏移量應該以此值為準,即是說,結構體成員的偏移量應該取二者的最小值,

公式如下:

offsetof( item ) = min( n, sizeof( item ) )

再看示例:

#pragma pack(push) // 將當前pack設定壓棧儲存

#pragma pack(2) // 必須在結構體定義之前使用

structs1;

struct

s3  ;

#pragma pack(pop) // 恢復先前的pack設定

計算sizeof(s1)時,min(2, sizeof(i))的值為2,所以i的偏移量為2,加上sizeof(i)等於6,能夠被2整除,所以整個s1的大小為6。

同樣,對於sizeof(s3),s的偏移量為2,c2的偏移量為8,加上sizeof(c2)等於9,不能被2整除,新增乙個填充位元組,所以sizeof(s3)等於10。

現在,朋友們可以輕鬆的出一口氣了,:)

還有一點要注意,「空結構體」(不含資料成員)的大小不為0,而是1。試想乙個「不佔空間」的變數如何被取位址、兩個不同的「空結構體」變數又如何得以區分呢於是,「空結構體」變數也得被儲存,這樣編譯器也就只能為其分配乙個位元組的空間用於佔位了。如下:

struct s5 ;

sizeof( s5 ); // 結果為1

位元組對齊與sizeof

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