今天給大家?guī)硪坏澜?jīng)典、易錯的關(guān)于C語言結(jié)構(gòu)體內(nèi)存對齊的題目:
求32bit環(huán)境下以下結(jié)構(gòu)體所占的字節(jié)數(shù):
typedefstructtest_struct
{
chara;
shortb;
charc;
intd;
chare;
}test_struct;
請說出你的答案:
下面看一下實際測試情況:
1、測試代碼:
/***********************************
*公眾號:嵌入式大雜燴
***********************************/
#include
typedefstructtest_struct
{
chara;
shortb;
charc;
intd;
chare;
}test_struct;
intmain(void)
{
test_structtest_s;
printf("
============================================
");
printf("test_saddr=%#.8x
",&test_s);
printf("test_s.aaddr=%#.8x
",&test_s.a);
printf("test_s.baddr=%#.8x
",&test_s.b);
printf("test_s.caddr=%#.8x
",&test_s.c);
printf("test_s.daddr=%#.8x
",&test_s.d);
printf("test_s.eaddr=%#.8x
",&test_s.e);
printf("sizeof(test_s)=%d
",sizeof(test_s));
printf("============================================
");
return0;
}
2、運行結(jié)果
在32bit環(huán)境中,該結(jié)構(gòu)體所占的字節(jié)數(shù)為16。答對了嗎?
運行結(jié)果打印輸出了很多重要的信息,從結(jié)果往前分析思路應(yīng)該很清晰了吧?
下面,我們一起來分析分析。
3、分析
在分析這個問題之前,我們先記住關(guān)于結(jié)構(gòu)體內(nèi)存對齊的三條原則:
(1)結(jié)構(gòu)體變量的起始地址
能夠被其最寬的成員大小整除。
(2)結(jié)構(gòu)體每個成員相對于起始地址的偏移
能夠被其自身大小整除
,如果不能則在前一個成員后面補充字節(jié)
。
(3)結(jié)構(gòu)體總體大小能夠被最寬的成員的大小整除
,如不能則在后面補充字節(jié)
。
分析這個問題我們就不考慮編譯器可以指定對齊大小
的情況了。在32bit環(huán)境中,一般默認(rèn)的對齊大小是4。
下面,我們根據(jù)這三條原則來分析,并得出如下示意圖:
從這張圖中,我們應(yīng)該可以很清晰地看出整個結(jié)構(gòu)體變量的內(nèi)存占用情況。
如果還看不明白的朋友,可以閱讀下面的解釋(有點啰嗦,已經(jīng)看明白的就不用看了~):
從上例的結(jié)果中,我們結(jié)構(gòu)體變量test_s的起始地址為0x0028ff30,能夠被其最寬的成員(int類型的d成員,占4個字節(jié))整除,符合第(1)條原則。
a成員的地址即為結(jié)構(gòu)體變量的起始地址0x0028ff30,排在a后面的是short類型(兩個字節(jié))的b成員。
根據(jù)第(2)條規(guī)則,顯然b的地址不能從0x0028ff31開始,則編譯器會在b成員的前一個成員(a成員)后邊補1個空白字節(jié),即b的的地址為從0x0028ff32,符合規(guī)則(2)。
b成員占兩個字節(jié),兩個字節(jié)之后的地址為0x0028ff34,而c成員為char類型(1字節(jié)),則根據(jù)規(guī)則(2),c成員會存放至地址0x0028ff34處。
c成員占1個字節(jié),1個字節(jié)之后的地址為0x0028ff35,排在c后面的是int類型(4個字節(jié))的d成員,顯然不能滿足規(guī)則(2)。
編譯器會在d成員的前一個成員(c成員)后面進行字節(jié)填充,這里必須填充3個字節(jié)才能符合規(guī)則(2),此時d會存放至地址0x0028ff38處。
d成員占4個字節(jié),4個字節(jié)之后的地址為0x0028ff3c。根據(jù)規(guī)則(2),e成員可從該地址開始存放。
此時a+空白字節(jié)+b+c+空白字節(jié)+d+e
所占的字節(jié)總數(shù)為13個字節(jié),而結(jié)構(gòu)體最寬的成員(int類型的d成員)所占字節(jié)數(shù)為4字節(jié)。
顯然不能滿足規(guī)則(3),編譯器會在e成員后面填充3個字節(jié)。即整個結(jié)構(gòu)體變量test_s所占的總字節(jié)數(shù)為16字節(jié)。
4、實際應(yīng)用
(1)用保留變量替代填充字節(jié)
實際應(yīng)用中,我們可以上面的結(jié)構(gòu)體變量改為:
typedefstructtest_struct
{
chara;
charreserve0;/*保留成員*/
shortb;
charc;
intd;
chare;
charreserve1[3];/*保留成員*/
}test_struct;
我們已經(jīng)知道了編譯器會自動給我們的結(jié)構(gòu)體變量填充一些空白字節(jié),這些填充字節(jié)我們是看不到的,是隱性的。
在結(jié)構(gòu)體變量占用相同內(nèi)存的情況下,我們可以顯性的表示出這些填充字節(jié),即創(chuàng)建一些保留成員。
這樣,當(dāng)我們需要給這個結(jié)構(gòu)體添加一些成員時,我們可以把保留的成員替換為實際的成員。這樣在一定程度下有利于我們節(jié)省內(nèi)存空間。
(2)調(diào)整結(jié)構(gòu)體成員的位置
從上面的分析中,我們知道編譯器會根據(jù)我們結(jié)構(gòu)體成員的排列來進行空白字節(jié)填充以達到對齊的效果。
那么,我們自己進行手動對齊一些成員,那就可以節(jié)省一些空間了。比如把上面的我們的test_struct結(jié)構(gòu)體成員的順序改為:
typedefstructtest_struct
{
chara;
charc;
shortb;
intd;
chare;
}test_struct;
則結(jié)構(gòu)體變量test_s所占的字節(jié)數(shù)變?yōu)?2字節(jié),即:
即比原來的16字節(jié)省下了4個字節(jié)。
雖然這點優(yōu)化對于一般的嵌入式應(yīng)用來說可能沒什么必要,但是萬一某一天真的需要在某些資源極其受限的嵌入式設(shè)備中開發(fā)應(yīng)用,這就是可以優(yōu)化的一點。
最后
以上就是本次的實驗分享。如有錯誤,歡迎指出!謝謝
這道結(jié)構(gòu)體內(nèi)存對齊的題目很經(jīng)典、也很容易出錯,是嵌入式C語言筆試、面試題中的高頻題目,很有必要弄清楚。
原文標(biāo)題:嵌入式C結(jié)構(gòu)體內(nèi)存對齊
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