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C语言的结构体在内存中是如何存放的？

news 来源：原创 2024/9/20 18:32:59

1. 顺序存储：

结构体的成员变量按照它们在定义中出现的顺序存储在内存中。假设我们有以下结构体：

typedef struct {char a;int b;char c;
} MyStruct;

在这种情况下，成员变量在内存中的存放顺序为：a，b，c。

2. 对齐（Alignment）：

为了提高访问速度，现代计算机体系结构通常要求特定类型的数据在特定的边界上对齐。对齐规则的具体实现依赖于系统架构和编译器设置，但常见的规则如下：

char 类型通常在 1 字节边界对齐。
int 类型通常在 4 字节边界对齐。
double 类型通常在 8 字节边界对齐。

3. 填充（Padding）：

由于对齐规则的存在，结构体中可能会出现“空隙”或者“填充”字节，以确保每个成员变量都对齐到正确的边界上。这些填充字节不可避免地会增加结构体的总大小。

举个例子：

typedef struct {char a;   // 1 byteint b;    // 4 bytes (通常情况下)char c;   // 1 byte
} MyStruct;

在上面的例子中，char a 之后是 int b，而 int 需要 4 字节对齐。因为 char a 只占用 1 个字节，所以在 int b 之前会有 3 个字节的填充，使得 b 在 4 字节边界对齐。接下来，char c 不需要额外的填充。总大小为 8 字节（1+3+4+1）。

4. 结构体整体对齐：

结构体的总大小也会根据其最大成员的对齐需求进行对齐。以确保数组的每个元素都能按照最大成员的对齐方式对齐。

例如，如果我们有以下结构体：

typedef struct {char a;   // 1 byteint b;    // 4 bytesdouble c; // 8 bytes
} MyStruct2;

假设 char 对齐为 1 字节，int 对齐为 4 字节，double 对齐为 8 字节。成员变量的内存布局如下：

a：1 字节（偏移量 0）
填充：3 字节（使 b 对齐到 4 字节边界）
b：4 字节（偏移量 4）
c：8 字节（偏移量 8，无需填充）

总大小为 16 字节，MyStruct2 的每个实例都会对齐到 8 字节边界，因为 c 是最大成员，其对齐需求为 8 字节。

5. 强制对齐：

在某些情况下，可以使用编译器指令或编译器特定的关键词（如 #pragma pack 或 __attribute__((packed))）来更改结构体的默认对齐方式，减少填充字节，但这样做可能会降低访问速度。

示例：

以下示例代码展示了结构体在内存中的分布和大小计算：

#include <stdio.h>typedef struct {char a;   // 1 byteint b;    // 4 byteschar c;   // 1 byte
} MyStruct;int main() {printf("Size of MyStruct: %zu\n", sizeof(MyStruct));return 0;
}