结构体内存对齐和位段（重点）！！！

本文主要是介绍结构体内存对齐和位段（重点）！！！，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

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前言

前面的博客学习了整形和浮点型在内存中的存储，接下来学习计算结构体的大小之前博客提及过结构体C语言操作符之神秘，我们这篇博客将深入学习结构体的具体内容。

1.结构体类型的声明

结构是⼀些值的集合，这些值称为成员变量。结构的每个成员可以是不同类型的变量。

结构的声明

   struct tag
//关键字  结构体名称{member-list;//成员列表}variable-list;//变量列表

结构的特殊声明

//匿名结构体类型
struct
{int a;char b;float c;
}x;

警告：匿名的结构体类型，如果没有对结构体类型重命名的话，基本上只能使⽤⼀次。

2.结构的自引用

在结构中包含⼀个类型为该结构本⾝的成员是否可以呢？

struct Node
{int a;struct Node next;
};

但是我们要计算该结构体的大小，仔细分析，其实是不⾏的，因为⼀个结构体中再包含⼀个同类型的结构体变量，这样结构体变量的⼤⼩就会⽆穷的⼤，是不合理的。

正确的自引用方法：

struct Node
{int a;struct Node* next;//指针
};

3.结构体内存对齐

3.1对齐规则

1.结构体的第⼀个成员对⻬到和结构体变量起始位置偏移量为0的地址处
2.其他成员变量要对⻬到某个数字（对⻬数）的整数倍的地址处。
对⻬数 = 编译器默认的⼀个对⻬数与该成员变量⼤⼩的较⼩值。
3.结构体总⼤⼩为最⼤对⻬数（结构体中每个成员变量都有⼀个对⻬数，所有对⻬数中最⼤的）的整数倍。
4.如果嵌套了结构体的情况，嵌套的结构体成员对⻬到⾃⼰的成员中最⼤对⻬数的整数倍处，结构体的整体⼤⼩就是所有最⼤对⻬数（含嵌套结构体中成员的对⻬数）的整数倍。

注：
VS 中默认的值为 8
Linux中?gcc?没有默认对⻬数，对⻬数就是成员⾃⾝的⼤⼩

练习 1

struct S
{char c1;//1char c2;//1int i;//4
};
int main()
{printf("%zd\n", sizeof(struct S));//8
}

练习 2（嵌套）

struct S1
{double d;char c;int i;
};
struct S
{char c1;struct S1 s3;double d;
};
int main()
{printf("%zd\n", sizeof(struct S));
}

3.2为什么存在内存对⻬?

1. 平台原因(移植原因)：
   不是所有的硬件平台都能访问任意地址上的任意数据的；某些硬件平台只能在某些地址处取某些特定类型的数据，否则抛出硬件异常。
2. 性能原因：
   数据结构(尤其是栈)应该尽可能地在⾃然边界上对⻬。原因在于，为了访问未对⻬的内存，处理器需要作两次内存访问；⽽对⻬的内存访问仅需要⼀次访问。
   *假设⼀个处理器总是从内存中取8个字节，则地址必须是8的倍数。如果我们能保证将所有的double类型的数据的地址都对⻬成8的倍数，那么就可以⽤⼀个内存操作来读或者写值了。否则，我们可能需要执⾏两次内存访问，因为对象可能被分放在两个8字节内存块中。

总体来说：结构体的内存对⻬是拿空间来换取时间的做法。
那在设计结构体的时候，我们既要满⾜对⻬，⼜要节省空间，

或许让占⽤空间⼩的成员尽量集中在⼀起是一个不错的方法：

struct S1
{char c1;int i;char c2;
};
struct S2
{char c1;char c2;int i;
};
int main()
{printf("%zd %zd", sizeof(struct S1), sizeof(struct S2));
}

3.3修改默认对齐数

#pragma 这个预处理指令，可以改变编译器的默认对⻬数

#pragma pack(1)
struct S
{char c1;//1char c2;//1int i;//4
};
int main()
{printf("%zd\n", sizeof(struct S));//8
}

4.结构体实现位段

4.1什么是位段

1. 位段的成员必须是 int、unsigned int 或signed int ，在C99中位段成员的类型也可以选择其他类型。
2. 位段的成员名后边有⼀个冒号和⼀个数字。

struct S
{char a : 3;char b : 4;char c : 5;char d : 4;
};
int main()
{struct S s = { 0 };s.a = 10;s.b = 12;s.c = 3;s.d = 4;printf("%d", sizeof(struct S));
}

运行结果为什么是8呢？，这要我们了解位段的内存分配

4.2位段的内存分配

位段的空间上是按照需要以4个字节（ int ）或者1个字节（ char ）的⽅式来开辟的。
位段涉及很多不确定因素，位段是不跨平台的，注重可移植的程序应该避免使⽤位段。

总结：
跟结构相⽐，位段可以达到同样的效果，并且可以很好的节省空间，但是有跨平台的问题存在。

4.3位段的使用

位段的⼏个成员共有同⼀个字节，这样有些成员的起始位置并不是某个字节的起始位置，那么这些位置处是没有地址的。内存中每个字节分配⼀个地址，⼀个字节内部的bit位是没有地址的。
所以不能对位段的成员使⽤&操作符，这样就不能使⽤scanf直接给位段的成员输⼊值，只能是先输⼊放在⼀个变量中，然后赋值给位段的成员。

struct A
{int _a : 2;int _b : 5;int _c : 10;int _d : 30;
};
int main()
{struct A sa = { 0 };//scanf("%d", &sa._b); //这是错误的//正确的⽰范int b = 0;scanf("%d", &b);sa._b = b;return 0;
}

完结

本次博客到此结束
祝开心每一天~~~
最后觉得博客有帮助，可以点点关注，支持一下，期待下次博客~~~

这篇关于结构体内存对齐和位段（重点）！！！的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！

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