關於struct結構體填充造成的位元組數的問題
有如下的結構體的定義:
struct aa{
char a;
int b;
float c;
double d;
char* pa;
int* pb;
short e;
};
問題, 求對struct進行sizeof的時候, 得到的大小數。
問題解析: 當記憶體中的值合理對其的時候, 很多機器能夠高效的訪問。 例如, 按位元組定址的32位機器中, 有兩個位元組的short型變數必須放在偶數地址上, 而4位元組的int型變數, 必須放在4的整數倍地址上。 某些機器甚至根本不能訪問沒有對齊的地址。 所以必須要求所有的資料正確的對齊。
為了解決上述問題, 我們要知道, 32位機器, 對於指標變數, 無論是char型還是int型, 指標變數存的都是地址, 都佔用4bytes。
下面我們一步一步分析:
struct aa{
char a;
};
上述在記憶體中佔用1個byte。
|
struct aa{
char a;
int b;
};
上述本來佔據5個byte。 但是由於要求int型變數b的地址必須是4的倍數, 所以佔用1(for char) + 3 (填充用的) + 4(for int), 故而佔用8個bytes。| - - -| | | |
truct aa{
char a;
int b;
float c;
};
上述佔用了12個位元組。 因為已經滿足4的倍數啦。
| - - - | | | | | | | |
struct aa{
char a;
int b;
float c;
double d;
};
上述佔用12 + 8個位元組。 但是double要求地址offset從8的整數倍開始, 所以填充4個位元組, 變成16, 變成8的倍數, 在存下double。 是 12 + 4 + 8 = 24 bytes:
(char)| - - - (int) | | | | (float)| | | | - - - - (double)| | | | | | | |
下面:
上述佔用24 + 8 = 32bytes。雖然要char*pa 變數佔用4bytes, 但是 因為要按照double的對其格式。struct aa{ char a; int b; float c; double d; char* pa; };
(char)| - - - (int) | | | | (float)| | | | - - - - (double)| | | | | | | | (char*) | | | | - - - -
struct aa{
char a;
int b;
float c;
double d;
char* pa;
int* pb;
};
上述佔用仍然是32 bytes, 因為最後已經有四個空著的bytes, 仍然滿足地址是8的倍數。
(char)| - - - (int) | | | | (float)| | | | - - - - (double)| | | | | | | | (char*) | | | | (int*) | | | |
struct aa{
char a;
int b;
float c;
double d;
char* pa;
int* pb;
short e;
};
上述佔用時32 + 8 = 40 bytes, 因為 short要按照double的格式對其, 即總的地址要是8的倍數。
(char)| - - - (int) | | | | (float)| | | | - - - - (double)| | | | | | | | (char*) | | | | (int*) | | | | (short) | | - - - - - -
也就是最後尾部還剩下6個bytes空著了。 試想
struct aa{
char a;
int b;
float c;
double d;
char* pa;
int* pb;
short e;
int f;
};
由於空6個bytes, 必須是4的倍數, 所把最後四個給佔用了。 所以當然還是40bytes。 當然是。
(char)| - - - (int) | | | | (float)| | | | - - - - (double)| | | | | | | | (char*) | | | | (int*) | | | | (short) | | - - (int) | | | |
接下來, 如果再加一個short, 就變成了48了, 當然是啦:
struct aa{
char a;
int b;
float c;
double d;
char* pa;
int* pb;
short e;
int f;
short g;
};
編譯器可能提供用於控制結構體的這種填充。 例如#pragma, 這樣我們就可以遮蔽掉變數的對齊方式, 自己設定變數的對齊方式。
例如編譯器提供#pragma pack(n) 來設定變數以n位元組對齊的方式。 n 位元組的對齊方式指的是, 如果n 大於該變數所佔的位元組數, 那麼偏移量必須滿足預設的對齊方式, 如果n 小於變數型別所佔的位元組數, 那麼偏移量必須為n的倍數。
舉例子如下:
#include <iostream>
using namespace std;
#pragma pack(push) // 保持對齊方式
#pragma pack(4) // 設定4位元組對齊
struct aa{
char a;
int b;
float c;
double d;
char* pa;
int* pb;
short e;
};
#pragma pack(pop) // 恢復對齊方式
int main() {
cout << sizeof(aa) << endl;
return 0;
}
執行結果如下:
分析如下:
4 + 4 + 4 + 8 + 4 + 4 + 4 = 32.
如果我們設定1位元組對齊:
#include <iostream>
using namespace std;
#pragma pack(push) // 保持對齊方式
#pragma pack(1) // 設定1位元組對齊
struct aa{
char a;
int b;
float c;
double d;
char* pa;
int* pb;
short e;
};
#pragma pack(pop) // 恢復對齊方式
int main() {
cout << sizeof(aa) << endl;
return 0;
}
執行結果為:
分析:
1 + 4 + 4 + 8 + 4 + 4 + 2 = 27.
okay。 完美解決。
為了理解pack, 給出如下例子:
#include <iostream>
using namespace std;
#pragma pack(push, 1) // 可以合併在一起寫
struct Name{
bool a;
double c;
};
#pragma pack(pop)
int main() {
cout << sizeof(Name);
return 0;
}
執行:
#include <iostream>
using namespace std;
#pragma pack(push, 4)
struct Name{
bool a;
double c;
};
#pragma pack(pop)
int main() {
cout << sizeof(Name);
return 0;
}
執行:
改為:
#include <iostream>
using namespace std;
#pragma pack(push, 8)
struct Name{
bool a;
double c;
};
#pragma pack(pop)
int main() {
cout << sizeof(Name);
return 0;
}
執行
再比如下面:
#include <iostream>
using namespace std;
#pragma pack(8)
struct aa {
uint8_t a;
uint16_t b;
uint32_t c;
};
#pragma pack()
int main() {
cout << sizeof(aa) << endl;
}
佔8個位元組:
|- || ||||
再比如:
<pre class="cpp" name="code">#pragma pack(8)
struct aa {
uint8_t a;
uint8_t a2;
uint16_t b;
uint32_t c;
};
#pragma pack()
仍佔8個位元組。
在比如:
#pragma pack(8)
struct aa {
uint8_t a;
uint16_t b;
uint32_t c;
uint8_t a2;
};
#pragma pack()
上述佔12個位元組。 按照預設的對齊方式。
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