C语言|谈谈C语言中结构体内存对齐问题及其offsetof宏的基本使用结构体内存对齐|c语言

前言在C语言中，变量在内存中摆放的位置是有一定的规则的，不是想摆放到哪里就摆放到哪里，就比如常见的局部变量在栈区，全局变量在全局区等方式；而今天我们聊的结构体里面的成员变量呀，也是有一定的规则存放在内存中的，并不是我们所想那样，连续字节存放滴。

文章目录

前言
结构体内存对齐的规则
结构体大小的计算案例
为什么要有结构体内存对齐
如何自己设置默认对齐数
offsetof 的使用

结构体内存对齐的规则

结构结构体的第一个成员变量地址与结构体的起始地址偏移量为0 ，换句话说，结构体的第一个成员变量地址与结构体的起始地址相同。
除了第一个成员变量以外的其他成员变量，它们的地址都需要对齐到对齐数的整数数倍的地址上。对齐数：是编译器默认的一个对齐数与该成员变量的大小之间的最小值；min{默认对齐数，该成员变量大小}。Linux没有默认字节对齐数，vs默认字节对齐数是8
结构体的总大小就是各个成员对齐数中最大值的整数倍，也就是说结构体大小 = max{各个成员变量的对齐数}的整数倍
对于结构体内部嵌套结构体的，嵌套的结构体的摆放在内存地址需要是嵌套结构体中各个成员对齐数的最大值的整数倍数。

结构体大小的计算案例例题一：
计算两个下面两个结构体的大小（它们两成员变量相同，摆放的位置不同）

# include struct S1 { char c1; int i; char c2; }; struct S2 { char c1; char c2; int i; }; int main() { printf("%d",sizeof(struct S1)); //12 printf("%d",sizeof(struct S2)); //8 return 0; }

画图解释：
结构体S1

文章图片

首先：根据字节对齐规则一知道：第一个成员变量放在偏移量为0的位置，由于是第一个成员是char类型，所以占一个字节空间；如图红色部分
＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊
其次：根据规则二，我们知道第二个成员变量的对齐数是 min{8,4} = 4；所以必须找到为4对齐数的倍数的地址，那就是偏移量为4的位置开始，由于为int类型，所以占了4个字节，如图蓝色部分。
＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊
接着：根据规则二，我们知道第三个成员变量的对齐数是 mim{8,1} = 1; 所以必须找到为1对齐数倍数的地址，那就是偏移量为9咯，起始对齐数为1的直接接着后面补上就行。
＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊
最后：结构体的总大小 = max{各个成员变量对齐数}的整数倍,所以我们知道本题这三个成员变量的最大对齐数为4，所以结构体大小为4的整数倍，而我们上卖弄计算的大小为9，所以还要加上3 ，最终结果为9+3 = 12，12即为4的整数倍。

结构体S2

文章图片

解释过程和结构体S1类似
例题二：

struct S3 {double d; char c; int i; }; printf("%d\n", sizeof(struct S3)); //结构体嵌套问题 struct S4 {char c1; struct S3 s3; char c2; }; printf("%d\n", sizeof(struct S4));

画图解释：
结构体3

文章图片

画图解释解释
结构体4

文章图片

首先：结构体第一个成员偏移量为0，而且为char类型，摆放一个字节；
其次：第二个为嵌套结构体：摆放在内存的地址位置，必须是嵌套结构体中各个成员最大对齐数的整数倍数，由于结构体3的最大对齐数是8，所以摆放位置需要从偏移量为8的地方摆放，由于结构体3的大小为16，所以摆放16个字节；
接着：摆放最后一个成员变量，摆放在偏移量24的位置。
最后：整个结构体大小的为结构体S4的所有成员变量对齐数最大的整数倍,s4最大对齐数就是8嘛（包含算结构体3的最大对齐数），所以最终大小为32

为什么要有结构体内存对齐大家至少有个困惑，明明结构体的成员变量直接接着下一个字节摆放就好，为什么还要搞个内存对齐的概念，使得部分空间得以浪费？
其实这么设计一定的原因。

1.平台移植的原因
因为不是所有硬件都是能够访问任意内存地址的数据的，某些平台可能只能够访问某对齐数的地址的位置。
2. 提升性能
对齐字节可能减少对同一成员变量的内存地址访问次数。
总的来说就是消耗空间换时间，提升性能。

假如我们要更加节省空间内容，只要尽量使空间尽量小的集中一起。
如何自己设置默认对齐数我们可以通过预处理指令 #pragma 来设置对齐数;
具体使用就是如下面例子：

#include #pragma pack(8)//设置默认对齐数为8 struct S1 { char c1; int i; char c2; }; //下面的一条语句要配合上面的 #pragma pack(8) #pragma pack()//取消设置的默认对齐数，还原为默认#pragma pack(1)//设置默认对齐数为1 struct S2 { char c1; int i; char c2; }; #pragma pack()//取消设置的默认对齐数，还原为默认int main() {//输出的结果是什么？ printf("%d\n", sizeof(struct S1)); //12 printf("%d\n", sizeof(struct S2)); //5return 0; }

结论：
结构在对齐方式不合适的时候，我么可以自己更改默认对齐数。
offsetof 的使用 【C语言|谈谈C语言中结构体内存对齐问题及其offsetof宏的基本使用】offsetof是一个宏，可以计算出结构体中的某成员变量相对于结构体首地址的偏移量
具体使用方式：
offsetof(结构体类型，某成员变量) 返回的是一个整数，即偏移量；
头文件：#include

#include #include struct S1 { char c1; int i; char c2; }; int main() { printf("%u ",offsetof(struct S1,c1)); //0 printf("%u ",offsetof(struct S1,i)); //4 printf("%u ",offsetof(struct S1,c2)); //8 return 0; }