sizeof union struct 内存对齐

union的sizeof问题

  1. union  u  
  2. {  
  3.  double  a;  
  4.  int  b;  
  5. };   
  6.   
  7. union  u2  
  8. {  
  9.  char  a[13];  
  10.  int  b;  
  11. };   
  12.   
  13. union  u3  
  14. {  
  15.  char  a[13];  
  16.  char  b;  
  17. };   
  18.   
  19. cout<<sizeof (u)<<endl; // 8   
  20. cout<<sizeof (u2)<<endl; // 16   
  21. cout<<sizeof (u3)<<endl; // 13    




  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

  顺便提一下CPU对界问题,32的C++采用8位对界来提高运行速度,所以编译器会尽量把数据放在它的对界上以提高内存命中率。对界是可以更改的,使用#pragma pack(x)宏可以改变编译器的对界方式,默认是8。C++固有类型的对界取编译器对界方式与自身大小中较小的一个。例如,指定编译器按2对界,int 类型的大小是4,则int的对界为2和4中较小的2。在默认的对界方式下,因为几乎所有的数据类型都不大于默认的对界方式8(除了long double),所以所有的固有类型的对界方式可以认为就是类型自身的大小。更改一下上面的程序:

C代码
  1. #pragma pack(2)   
  2. union  u2  
  3. {  
  4.  char  a[13];  
  5.  int  b;  
  6. };   
  7.   
  8. union  u3  
  9. {  
  10.  char  a[13];  
  11.  char  b;  
  12. };  
  13. #pragma pack(8)    
  14.   
  15. cout<<sizeof (u2)<<endl; // 14   
  16. cout<<sizeof (u3)<<endl; // 13    




  由于手动更改对界方式为2,所以int的对界也变成了2,u2的对界取成员中最大的对界,也是2了,所以此时sizeof(u2)=14。

  结论:C++固有类型的对界取编译器对界方式与自身大小中较小的一个

  struct的sizeof问题


  因为对齐问题使结构体的sizeof变得比较复杂,看下面的例子:(默认对齐方式下)

C代码
  1. struct  s1  
  2. {  
  3.  char  a;  
  4.  double  b;  
  5.  int  c;  
  6.  char  d;   
  7. };   
  8.   
  9. struct  s2  
  10. {  
  11.  char  a;  
  12.  char  b;  
  13.  int  c;  
  14.  double  d;  
  15. };   
  16.   
  17. cout<<sizeof (s1)<<endl; // 24   
  18. cout<<sizeof (s2)<<endl; // 16    



  同样是两个char类型,一个int类型,一个double类型,但是因为对界问题,导致他们的大小不同。计算结构体大小可以采用元素摆放 法,我举例子说明一下:首先,CPU判断结构体的对界,根据上一节的结论,s1和s2的对界都取最大的元素类型,也就是double类型的对界8。然后开 始摆放每个元素。

  对于s1,首先把a放到8的对界,假定是0,此时下一个空闲的地址是1,但是下一个元素d是double类型,要放到8的对界上,离1最接近 的地址是8了,所以d被放在了8,此时下一个空闲地址变成了16,下一个元素c的对界是4,16可以满足,所以c放在了16,此时下一个空闲地址变成了 20,下一个元素d需要对界1,也正好落在对界上,所以d放在了20,结构体在地址21处结束。由于s1的大小需要是8的倍数,所以21-23的空间被保 留,s1的大小变成了24。

  对于s2,首先把a放到8的对界,假定是0,此时下一个空闲地址是1,下一个元素的对界也是1,所以b摆放在1,下一个空闲地址变成了2;下 一个元素c的对界是4,所以取离2最近的地址4摆放c,下一个空闲地址变成了8,下一个元素d的对界是8,所以d摆放在8,所有元素摆放完毕,结构体在 15处结束,占用总空间为16,正好是8的倍数。

  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:

C代码
  1. struct  s1  
  2. {  
  3.  char  a[8];  
  4. };   
  5.   
  6. struct  s2  
  7. {  
  8.  double  d;  
  9. };   
  10.   
  11. struct  s3  
  12. {  
  13.   s1 s;  
  14.  char  a;  
  15. };   
  16.   
  17. struct  s4  
  18. {  
  19.   s2 s;  
  20.  char  a;   
  21. };   
  22.   
  23. cout<<sizeof (s1)<<endl; // 8   
  24. cout<<sizeof (s2)<<endl; // 8   
  25. cout<<sizeof (s3)<<endl; // 9   
  26. 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。

C代码
  1. struct  {  
  2.     int  n;  
  3.     char  s[10];  
  4.     union  {  
  5.         int  a[5];  
  6.         char  b;  
  7.         double  c;        
  8.     } u_a;            
  9. } b;  
  10. /*  printf("%d/n", sizeof(b.n));//4  
  11.     printf("%d/n", sizeof(b.s));//10  
  12.     printf("%d/n", sizeof(b.u_a));//24  
  13.     printf("%d/n", sizeof(b));//40*/   




结论:struct 里面的元素是顺序存储的,每个元素占用的字节数根据对齐字节数N(struct 里占用字节最多的元素与CPU对齐字节数中较小的一个)进行调整.如果从左至右M个元素加起来的字节数大于N,则按从右至左舍去K个元素直至M-K个元素 加起来的字节数小于等于N,如果等于N则不用字节填充,小于N则把M-K-1的元素填充直至=N .

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