sizeof(union) 、sizeof(struct) 和内存对齐技术
公式 整体对齐系数 = min((max(int,short,char), 设置的机器默认对齐字节) = 2
一,union:C/C++关键字 共用体(联合)
共用体的声明和共用体变量定义与结构十分相似。形式为:
[html] view plain copy
- union 共用体名
- {
- 数据类型 成员名;
- 数据类型 成员名;
- …
- } 变量名;
共用体表示几个变量共用一个内存位置,在不同的时间保存不同的数据类型和不同长度的变量.在union中,所有的共用体成员共用一个空间,并且同一时间只能储存其中一个成员变量的值。当一个共用体被声明时, 编译程序自动地产生一个变量, 其长度为联合中最大的变量长度的整数倍(特别注意数组)
例子一:
union foo{
int i;
char c;
double k;
};
sizeof(foo); //double最长占用8字节,所以union foo大小为8字节
例子二:
[html] view plain copy
- union A
- {
- int a[5]; //20
- short b; //2
- double c; //8
- char p2; //1
- };
- struct B {
- int n; // 4字节
- A a; // 24字节
- char c[10]; // 10字节
- };
sizeof(A) ; //24 而不是20 ???
sizeof(B) ; //48 而不是???
对齐: 分配内存时,每个成员放在长度倍数位置,如果不够,补位对齐
补齐: 对整个结构变量的空间要求总长度一定是最长的成员的倍数,不够补齐不管是对齐还是补齐,最长的成员长度超过4时,以4计。
A实际占用内存大小为 20字节,但是要跟 8个字节的变量double的整数倍,对齐所以为 24;
由于A实际占用24字节,则可以想象B实际占用38字节,但A是8字节对齐的,所以int n和char c\[10\]也需要8字节对齐,总共8+24+16=48 字节。
例子三:
[html] view plain copy
- union f
- {
- char s[10];
- int i;
- };
sizeof(f); // 12
解释:在这个union中,foo的内存空间的长度为12,是int型的3倍,而并不是数组的长度10。
若把int改为double,则foo的内存空间为16,是double型的两倍。
二,struct
具体说明见内存对齐例子
三,内存对齐
1)概念:“内存对齐”应该是编译器的“管辖范围”。编译器为程序中的每个“数据单元”安排在适当的位置上。
2)原因:
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齐。原因是:为了访问未对齐的内存,处理器需要作两次内存访问;而对齐的内存访问仅需要一次访问。
3)对齐规则
每个特定平台上的编译器都有自己的默认“对齐系数”(也叫对齐模数)。程序员可以通过预编译命令\#pragma pack(n),n=1,2,4,8,16来改变这一系数,其中的n就是你要指定的“对齐系数”。
规则:
1、数据成员对齐规则:结构(struct)(或联合(union))的数据成员,第一个数据成员放在offset为0的地方,以后每个数据成员的对齐按照\#pragma pack指定的数值和这个数据成员自身长度中,比较小的那个进行。
2、结构(或联合)的整体对齐规则:在数据成员完成各自对齐之后,结构(或联合)本身也要进行对齐,对齐将按照\#pragma pack指定的数值和结构(或联合)最大数据成员长度中,比较小的那个进行。
3、结合1、2可推断:当\#pragma pack的n值等于或超过所有数据成员长度的时候,这个n值的大小将不产生任何效果。
pragma pack(1) 时候
1>数据成员对齐:
[html] view plain copy
- #pragma pack(1)
- struct test_t
- {
- int a; /* int型, 长度4 > 1 按1对齐;起始offset=0 0%1=0;存放位置区间[0,3] */
- char b; /* char型, 长度1 = 1 按1对齐;起始offset=4 4%1=0;存放位置区间[4] */
- short c; /* short型,长度2 > 1 按1对齐;起始offset=5 5%1=0;存放位置区间[5,6] */
- char d[6]; /* char型, 长度1 = 1 按1对齐;起始offset=7 7%1=0;存放位置区间[7,C] */
- };/*char d[6]要看成6个char型变量*/
sizeof(test\_t) ; //输出为13
2>整体对齐
整体对齐系数 = min((max(int,short,char), 1) = 1
整体大小(size)=$(成员总大小) 按 $(整体对齐系数) 圆整 = 13 /*13%1=0*/
pragma pack(2) 时候
1>成员数据对齐
[html] view plain copy
- #pragma pack(2)
- struct test_t {
- int a; /* int型,长度4 > 2 按2对齐;起始offset=0 0%2=0;存放位置区间[0,3] */
- char b; /* char型,长度1 < 2 按1对齐;起始offset=4 4%1=0;存放位置区间[4] */
- short c; /* short型,长度2 = 2 按2对齐;起始offset=6 6%2=0;存放位置区间[6,7] */
- char d[6]; /* char型,长度1 < 2 按1对齐;起始offset=8 8%1=0;存放位置区间[8,D] */
- };
成员总大小=14
2> 整体对齐
整体对齐系数 = min((max(int,short,char), 2) = 2
整体大小(size)=$(成员总大小) 按 $(整体对齐系数) 圆整 = 14 /* 14%2=0 */
共用体
union u
{
double a;
int b;
};
union u2
{
char a[13];
int b;
};
union u3
{
char a[13];
char b;
};
cout<<sizeof(u)<<endl; // 8
cout<<sizeof(u2)<<endl; // 16
cout<<sizeof(u3)<<endl; // 13
都知道union的大小取决于它所有的成员中,占用空间最大的一个成员的大小。所以对于u来说,大小就是最大的double类型成员a了,所以sizeof(u)=sizeof(double)=8。但是对于u2和u3,最大的空间都是char[13]类型的数组,为什么u3的大小是13,而u2是16呢?关键在于u2中的成员int b。由于int类型成员的存在,使u2的对齐方式变成4,也就是说,u2的大小必须在4的对界上,所以占用的空间变成了16(最接近13的对界)。
结论:复合数据类型,如union,struct,class的对齐方式为成员中对齐方式最大的成员的对齐方式。
这里有个陷阱,对于结构体中的结构体成员,不要认为它的对齐方式就是他的大小,看下面的例子:
struct s1
{
char a[8];
};
struct s2
{
double d;
};
struct s3
{
s1 s;
char a;
};
struct s4
{
s2 s;
char a;
};
cout<<sizeof(s1)<<endl; // 8
cout<<sizeof(s2)<<endl; // 8
cout<<sizeof(s3)<<endl; // 9
cout<<sizeof(s4)<<endl; // 16;
s1和s2大小虽然都是8,但是s1的对齐方式是1,s2是8(double),所以在s3和s4中才有这样的差异。
所以,在自己定义结构体的时候,如果空间紧张的话,最好考虑对齐因素来排列结构体里的元素。
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