結構體大小的計算以及內(nèi)存對其原則和修改默認對齊數(shù)

1.結構體大小的計算

          **我們都知道，不論是數(shù)組還是指針都可以計算其大小，
             而同樣結構體也是可以計算大小的，
             接下來我們就深入討論如何計算結構體的大小。**

#include<stdio.h>
#includ<stdlib.h>
struct s1
{
    char c1;
    int a;
    char c2;

};

int main()
{
    printf("%d\n", sizeof(struct s1));
    system("pause");
    return 0;
}

大家猜猜這個求出來的結果多大呢，

話不多說，直接上結果圖；

是不是很疑惑呢，下面我就講一講結構體的大小怎么計算。
在這之前，我們先了解一個概念

2.結構體的內(nèi)存對齊

首先內(nèi)存對齊有以下幾條規(guī)則

1.第一個成員在與結構體變量偏移量為0的地址處 （其實說白了就是和第一個成員變量的地址一樣，就是從第一個成員變量的地址開始計算）；
2.其他成員變量要對齊到某個數(shù)字（對齊數(shù)）的整數(shù)倍的地址處；
對齊數(shù)=min{編譯器默認的一個數(shù)，該成員的大小}；
一般呢，vs中默認值=8，linux中默認值=4；
3.結構體總大小就為最大對齊數(shù)的整數(shù)倍，
??！每一個成員變量都有一個對齊數(shù)??！
4.如果嵌套了結構體的情況，嵌套的結構體對齊到自己的最大對齊數(shù)的整數(shù)倍處，結構體的整體大小就是所有對齊數(shù)（含嵌套結構體的對齊數(shù)）的整數(shù)倍。

下面我就分析一些具體的實例來幫大家理解；

#include<stdio.h>
#includ<stdlib.h>
struct s1
{
    char c1;     //min{1,8}=1
    int a;          //min{4,8}=4
    char c2;     //min{1,8}=1

};

int main()
{
    printf("%d\n", sizeof(struct s1));
    system("pause");
    return 0;
}

在剛剛這個例子中 他們的對齊數(shù)分別是1，4，1
首先在內(nèi)存中找一個位置放入第一個成員變量，也就是c1；=>對應規(guī)則1
然后下一個成員變量的對齊數(shù)為4，所以存放這個成員變量的時候他的首地址應該放在4的整數(shù)倍處；=>對應規(guī)則2
然后最后一個是c2，他的對齊數(shù)是1，就緊接著放，可能有的同學覺得到這就結束了，但其實并不是，c2放完了以后，后邊的三個字節(jié)也需要算上，而這么做的原因就要追溯到
=>規(guī)則3
所以最后就是12個字節(jié)的大小啦。
詳情圖解如下：

看了上面的例子我想著大家可能已經(jīng)了解如何計算結構體的大小，
那么大家看一看下面的這個例子，

#include<stdio.h>
#includ<stdlib.h>
struct s2
{
    char q1;
    char q2;
    int i;

};

int main()
{
    printf("%d\n", sizeof(struct s2));
    system("pause");
    return 0;
}

不知道大家有沒有發(fā)現(xiàn)這個例子和第一個例子是其實結構體成員都是一樣的，只是順序不一樣，我還是用圖來給大家講解一下。

這里先放q1，占用一個字節(jié)，然后q2的對齊數(shù)也是1，則緊接著放，占用一個字節(jié)，i的對齊數(shù)為4，則i的首地址要放在4的倍數(shù)處，則從偏移量為4處開始放起，放完后一共8個字節(jié)，同樣也是最大對齊數(shù)（4）的倍數(shù)，就是這個結構體的大小。

通過這兩個例子，我們就需要想一想，在設計結構體時，怎樣才能滿足既要內(nèi)存對齊，又要節(jié)省空間呢，那就是 ！！盡可能讓占用空間小的成員集中在一起。

看完這兩個例子，我想大家都已經(jīng)理解并且學會結構體大小的計算了吧，那么下面我們算一個結構體嵌套的大小。

#include<stdio.h>
#includ<stdlib.h>
struct  s3
{
    double a;
    char b;
    int c;
};

struct s4
{
    char d;
    struct s3 e;
    double f;
};

int main()
{
    printf("%d\n", sizeof(struct s3));
    printf("%d\n", sizeof(struct s4));
    system("pause");
    return 0;
}

大家會不會算呢，
在有結構體嵌套問題的時候，記得嵌套的結構體對齊到自己的最大對齊數(shù)的整數(shù)倍處哦，而結構體的整體大小就是所有最大對齊數(shù)（含嵌套結構體的對齊數(shù)）的整數(shù)倍。

那到這可能有的人要好奇為什么要存在內(nèi)存對齊呢，其原因有兩點：
1.平臺原因（移植原因）：不是所有的硬件平臺都能訪問任意地址上的任意數(shù)據(jù)的；某些硬件平臺只能在某些地址處取某些特定類型的數(shù)據(jù)，否則拋出硬件異常。
2.性能原因：數(shù)據(jù)結構（尤其是棧）應該盡可能地在自然邊界上對齊。原因在于，為了訪問未對齊的內(nèi)存，處理器需要做兩次內(nèi)存訪問；而對齊的內(nèi)存訪問僅需要一次訪問。

其實說白了就是用空間來換取時間是的做法

3.修改默認對齊數(shù)

最后我們再講一個知識點，就是修改默認的對齊數(shù)；用的是#pragma這個預處理指令；

#include<stdio.h>
#includ<stdlib.h>
#pragma pack(1)  //設置默認對齊數(shù)為6
struct s5
{
    char a1;
    int i1;
    char a2;

};
#pragma pack()//取消設置的默認對齊數(shù)，還原為vs自己默認的對齊數(shù)值
int main()
{
    printf("%d\n", sizeof(struct s5));
    system("pause");
    return 0;
}

這個計算方法和上面的一模一樣，就是默認對齊數(shù)改變了而已。