1. 程式人生 > >sizeof(結構體)和記憶體對齊以及位域

sizeof(結構體)和記憶體對齊以及位域

Win32平臺下的微軟C編譯器的對齊策略:

1) 結構體變數的首地址能夠被其最寬基本型別成員的大小所整除;

備註:編譯器在給結構體開闢空間時,首先找到結構體中最寬的基本資料型別,然後尋找記憶體地址能被該基本資料型別所整除的位置,作為結構體的首地址。將這個最寬的基本資料型別的大小作為上面介紹的對齊模數。

2) 結構體每個成員相對於結構體首地址的偏移量(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;

備註:為結構體的一個成員開闢空間之前,編譯器首先檢查預開闢空間的首地址相對於結構體首地址的偏移是否是本成員的整數倍,若是,則存放本成員,反之,則在本成員和上一個成員之間填充一定的位元組,以達到整數倍的要求,也就是將預開闢空間的首地址後移幾個位元組。

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,編譯器會在最末一個成員之後加上填充位元組。
備註:結構體總大小是包括填充位元組,最後一個成員滿足上面兩條以外,還必須滿足第三條,否則就必須在最後填充幾個位元組以達到本條要求。


根據以上準則,在windows下,使用VC編譯器,sizeof(T)的大小為8個位元組。
而在GNU GCC編譯器中,遵循的準則有些區別,對齊模數不是像上面所述的那樣,根據最寬的基本資料型別來定。在GCC中,對齊模數的準則是:對齊模數最大隻能是4,也就是說,即使結構體中有double型別,對齊模數還是4,所以對齊模數只能是1,2,4。而且在上述的三條中,第2條裡,offset必須是成員大小的整數倍,如果這個成員大小小於等於4則按照上述準則進行,但是如果大於4了,則結構體每個成員相對於結構體首地址的偏移量(offset)只能按照是4的整數倍來進行判斷是否新增填充。

看如下例子:

struct T
{
char ch;
double d ;
};
那麼在GCC下,sizeof(T)應該等於12個位元組。
 
 
 

如果結構體中含有位域(bit-field),那麼VC中準則又要有所更改:

  • 如果相鄰位域欄位的型別相同,且其位寬之和小於型別的sizeof大小,則後面的欄位將緊鄰前一個欄位儲存,直到不能容納為止;
  • 如果相鄰位域欄位的型別相同,但其位寬之和大於型別的sizeof大小,則後面的欄位將從新的儲存單元開始,其偏移量為其型別大小的整數倍;
  • 如果相鄰的位域欄位的型別不同,則各編譯器的具體實現有差異,VC6採取不壓縮方式(不同位域欄位存放在不同的位域型別位元組中),Dev-C++和GCC都採取壓縮方式;
備註:當兩欄位型別不一樣的時候,對於不壓縮方式,例如:
struct N
{
char c:2;
int i:4;
};

       依然要滿足不含位域結構體記憶體對齊準則第2條,i成員相對於結構體首地址的偏移應該是4的整數倍,所以c成員後要填充3個位元組,然後再開闢4個位元組的空間作為int型,其中4位用來存放i,所以上面結構體在VC中所佔空間為8個位元組;而對於採用壓縮方式的編譯器來說,遵循不含位域結構體記憶體對齊準則第2條,不同的是,如果填充的3個位元組能容納後面成員的位,則壓縮到填充位元組中,不能容納,則要單獨開闢空間,所以上面結構體N在GCC或者Dev-C++中所佔空間應該是4個位元組。

  •  如果位域欄位之間穿插著非位域欄位,則不進行壓縮;
typedef struct
{
char c:2;
double i;
int c2:4;
}N3;

在GCC下佔據的空間為16位元組,在VC下佔據的空間應該是24個位元組。
  • 整個結構體的總大小為最寬基本型別成員大小的整數倍。
#include <iostream>
using namespace std;
struct
{
bool a1;
int a2;
bool a3;
}A;
struct
{
int a1;
bool a2;
bool a3;
}B ;
struct
{
bool a2;
bool a3;
int a1;  
}C ;
int main()
{


cout << sizeof(A) << " ";
cout << sizeof(B) << " ";
cout << sizeof(C) << " ";
}

輸出:12 8 8

       對齊模數的選擇只能是根據基本資料型別,所以對於結構體中巢狀結構體,只能考慮其拆分的基本資料型別。而對於對齊準則中的第2條,確是要將整個結構體看成是一個成員,成員大小按照該結構體根據對齊準則判斷所得的大小。
       類物件在記憶體中存放的方式和結構體類似,這裡就不再說明。需要指出的是,類物件的大小隻是包括類中非靜態成員變數所佔的空間,如果有虛擬函式,那麼再另外增加一個指標所佔的空間即可。