C++面試題之結(jié)構(gòu)體內(nèi)存對(duì)齊計(jì)算問(wèn)題總結(jié)大全

來(lái)源：本站原創(chuàng)|時(shí)間：2020-01-10|欄目：C語(yǔ)言|點(diǎn)擊：次

前言

本文給大家介紹的是關(guān)于C++結(jié)構(gòu)體內(nèi)存對(duì)齊計(jì)算的相關(guān)內(nèi)容，內(nèi)存對(duì)齊計(jì)算可謂是筆試題的必考題，但是如何按照計(jì)算原則算出正確答案一開(kāi)始也不是很容易的事，所以專門(mén)通過(guò)例子來(lái)復(fù)習(xí)下關(guān)于結(jié)構(gòu)體內(nèi)存對(duì)齊的計(jì)算問(wèn)題。話不多說(shuō)，來(lái)一起看看詳細(xì)介紹吧。

編譯環(huán)境：vs2015

對(duì)齊原則：

原則1：數(shù)據(jù)成員對(duì)齊規(guī)則：結(jié)構(gòu)(struct)(或聯(lián)合(union))的數(shù)據(jù)成員，第一個(gè)數(shù)據(jù)成員放在offset為0的地方，以后每個(gè)數(shù)據(jù)成員的對(duì)齊按照#pragma pack指定的數(shù)值和這個(gè)數(shù)據(jù)成員自身長(zhǎng)度中，比較小的那個(gè)進(jìn)行。

原則2：結(jié)構(gòu)(或聯(lián)合)的整體對(duì)齊規(guī)則：在數(shù)據(jù)成員完成各自對(duì)齊之后，結(jié)構(gòu)(或聯(lián)合)本身也要進(jìn)行對(duì)齊，對(duì)齊將按照#pragma pack指定的數(shù)值和結(jié)構(gòu)(或聯(lián)合)最大數(shù)據(jù)成員長(zhǎng)度中，比較小的那個(gè)進(jìn)行。

原則3：結(jié)構(gòu)體作為成員：如果一個(gè)結(jié)構(gòu)里有某些結(jié)構(gòu)體成員，則結(jié)構(gòu)體成員要從其內(nèi)部最大元素大小的整數(shù)倍地址開(kāi)始存儲(chǔ)。

默認(rèn)對(duì)齊值：

Linux 默認(rèn)#pragma pack(4)

window 默認(rèn)#pragma pack(8)

注：可以通過(guò)預(yù)編譯命令#pragma pack(n) ，n=1,2,4,8,16來(lái)改變這一系數(shù)，其中的n就是指定的“對(duì)齊系數(shù)”。

例一：一字節(jié)對(duì)齊

第一步：成員數(shù)據(jù)對(duì)齊

#pragma pack(1)
struct AA {
 int a; //長(zhǎng)度4 < 1 按1對(duì)齊；偏移量為0；存放位置區(qū)間[0,3]
 char b; //長(zhǎng)度1 = 1 按1對(duì)齊；偏移量為4；存放位置區(qū)間[4]
 short c; //長(zhǎng)度2 > 1 按1對(duì)齊；偏移量為5；存放位置區(qū)間[5,6]
 char d; //長(zhǎng)度1 = 1 按1對(duì)齊；偏移量為6；存放位置區(qū)間[7]
 //整體存放在[0~7]位置區(qū)間中，共八個(gè)字節(jié)。
};
#pragma pack()

第二步：整體對(duì)齊

整體對(duì)齊系數(shù) = min((max(int,short,char), 1) = 1，所以不需要再進(jìn)行整體對(duì)齊。整體大小就為8。

圖示如下：

例二：二字節(jié)對(duì)齊

第一步：成員數(shù)據(jù)對(duì)齊

#pragma pack(2)
struct AA {
 int a; //長(zhǎng)度4 > 2 按2對(duì)齊；偏移量為0；存放位置區(qū)間[0,3]
 char b; //長(zhǎng)度1 < 2 按1對(duì)齊；偏移量為4；存放位置區(qū)間[4]
 short c; //長(zhǎng)度2 = 2 按2對(duì)齊；偏移量要提升到2的倍數(shù)6；存放位置區(qū)間[6,7]
 char d; //長(zhǎng)度1 < 2 按1對(duì)齊；偏移量為7；存放位置區(qū)間[8]；共九個(gè)字節(jié)
};
#pragma pack()

第二步：整體對(duì)齊

整體對(duì)齊系數(shù) = min((max(int,short,char), 2) = 2，將9提升到2的倍數(shù)，則為10.所以最終結(jié)果為10個(gè)字節(jié)。

圖示如下：（X為補(bǔ)齊部分）

例三：四字節(jié)對(duì)齊

第一步：成員數(shù)據(jù)對(duì)齊

#pragma pack(4)
struct AA {
 int a; //長(zhǎng)度4 = 4 按4對(duì)齊；偏移量為0；存放位置區(qū)間[0,3]
 char b; //長(zhǎng)度1 < 4 按1對(duì)齊；偏移量為4；存放位置區(qū)間[4]
 short c; //長(zhǎng)度2 < 4 按2對(duì)齊；偏移量要提升到2的倍數(shù)6；存放位置區(qū)間[6,7]
 char d; //長(zhǎng)度1 < 4 按1對(duì)齊；偏移量為7；存放位置區(qū)間[8]；總大小為9
};
#pragma pack()

第二步：整體對(duì)齊

整體對(duì)齊系數(shù) = min((max(int,short,char), 4) = 4，將9提升到4的倍數(shù)，則為12.所以最終結(jié)果為12個(gè)字節(jié)。

圖示如下：（X為補(bǔ)齊部分）

例三：八字節(jié)對(duì)齊

第一步：成員數(shù)據(jù)對(duì)齊

#pragma pack(8)
struct AA {
 int a; //長(zhǎng)度4 < 8 按4對(duì)齊；偏移量為0；存放位置區(qū)間[0,3]
 char b; //長(zhǎng)度1 < 8 按1對(duì)齊；偏移量為4；存放位置區(qū)間[4]
 short c; //長(zhǎng)度2 < 8 按2對(duì)齊；偏移量要提升到2的倍數(shù)6；存放位置區(qū)間[6,7]
 char d; //長(zhǎng)度1 < 8 按1對(duì)齊；偏移量為7；存放位置區(qū)間[8]，總大小為9
};
#pragma pack()

第二步：整體對(duì)齊

整體對(duì)齊系數(shù) = min((max(int,short,char), 8) = 4，將9提升到4的倍數(shù)，則為12.所以最終結(jié)果為12個(gè)字節(jié)。圖示如上。

注：可以通過(guò)stddef.h庫(kù)中的offsetof宏來(lái)查看對(duì)應(yīng)結(jié)構(gòu)體元素的偏移量。

例四：結(jié)構(gòu)體中包含結(jié)構(gòu)體的運(yùn)算

整體計(jì)算過(guò)程如下

struct EE
{
 int a; //長(zhǎng)度4 < 8 按4對(duì)齊；偏移量為0；存放位置區(qū)間[0,3]
 char b; //長(zhǎng)度1 < 8 按1對(duì)齊；偏移量為4；存放位置區(qū)間[4]
 short c; //長(zhǎng)度2 < 8 按2對(duì)齊；偏移量由5提升到6；存放位置區(qū)間[6,7]
 //結(jié)構(gòu)體內(nèi)部最大元素為int,由于偏移量為8剛好是4的整數(shù)倍，所以從8開(kāi)始存放接下來(lái)的struct FF
 struct FF
 {
 int a1; //長(zhǎng)度4 < 8 按4對(duì)齊；偏移量為8；存放位置區(qū)間[8,11]
 char b1; //長(zhǎng)度1 < 8 按1對(duì)齊；偏移量為12；存放位置區(qū)間[12]
 short c1; //長(zhǎng)度2 < 8 按2對(duì)齊；偏移量為13,提升到2的倍數(shù)14；存放位置區(qū)間[14,15]
 char d1; //長(zhǎng)度1 < 8 按1對(duì)齊；偏移量為16；存放位置區(qū)間[16]
 };
 //整體對(duì)齊系數(shù) = min((max(int,short,char), 8) = 4，將內(nèi)存大小由17補(bǔ)齊到4的整數(shù)倍20
 char d;  //長(zhǎng)度1 < 8 按1對(duì)齊；偏移量為21；存放位置區(qū)間[21]
 //整體對(duì)齊系數(shù) = min((max(int,short,char), 8) = 4，將內(nèi)存大小由21補(bǔ)齊到4的整數(shù)倍24
};

圖示如下：

例五：再來(lái)一個(gè)嵌套結(jié)構(gòu)體的計(jì)算

整體計(jì)算過(guò)程如下

struct B {
 char e[2]; //長(zhǎng)度1 < 8 按2對(duì)齊；偏移量為0；存放位置區(qū)間[0,1]
 short h; //長(zhǎng)度2 < 8 按2對(duì)齊；偏移量為2；存放位置區(qū)間[2,3]
 //結(jié)構(gòu)體內(nèi)部最大元素為double,偏移量為4，提升到8，所以從8開(kāi)始存放接下來(lái)的struct A
 struct A {
 int a; //長(zhǎng)度4 < 8 按4對(duì)齊；偏移量為8；存放位置區(qū)間[8,11]
 double b; //長(zhǎng)度8 = 8 按8對(duì)齊；偏移量為12，提升到16；存放位置區(qū)間16,23]
 float c; //長(zhǎng)度4 < 8,按4對(duì)齊；偏移量為24，存放位置區(qū)間[24,27]
 };
 //整體對(duì)齊系數(shù) = min((max(int,double,float), 8) = 8，將內(nèi)存大小由28補(bǔ)齊到8的整數(shù)倍32
};

圖示如下：

小結(jié)：當(dāng)#pragma pack的n值等于或超過(guò)所有數(shù)據(jù)成員長(zhǎng)度的時(shí)候，這個(gè)n值的大小將不產(chǎn)生任何效果。

總結(jié)

以上就是這篇文章的全部?jī)?nèi)容了，希望本文的內(nèi)容對(duì)大家的學(xué)習(xí)或者工作能帶來(lái)一定的幫助，如果有疑問(wèn)大家可以留言交流，謝謝大家對(duì)我們的支持。

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