關於結構體struct的sizeof計算問題

1、一般情況
32位系統
假設有的結構:
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struct MyStruct
{
    double dda1;
    char dda;
    int type;
};
對結構MyStruct採用sizeof會出現什麼結果呢?sizeof(MyStruct)爲多少呢?也許你會這樣求:
sizeof(MyStruct)=sizeof(double)+sizeof(char)+sizeof(int)=13
但是當在VC中測試上面結構的大小時,你會發現sizeof(MyStruct)爲16。你知道爲什麼在VC中會得出這樣一個結果嗎?
其實,這是VC對變量存儲的一個特殊處理。爲了提高CPU的存儲速度,VC對一些變量的起始地址做了“對齊”處理。在默認情況下,VC規定各成員變量存放的起始地址相對於結構的起始地址的偏移量必須爲該變量的類型所佔用的字節數的倍數。下面列出常用類型的對齊方式(vc6.0,32位系統)。
類型
對齊方式(變量存放的起始地址相對於結構的起始地址的偏移量)
Char
偏移量必須爲sizeof(char)即1的倍數
int
偏移量必須爲sizeof(int)即4的倍數
float
偏移量必須爲sizeof(float)即4的倍數
double
偏移量必須爲sizeof(double)即8的倍數
Short
偏移量必須爲sizeof(short)即2的倍數

默認的對齊方式

成員變量在存放的時候根據在結構中出現的順序依次申請空間,同時按照上面的對齊方式調整位置,空缺的字節VC會自動填充。同時VC爲了確保結構的大小爲結構的字節邊界數(即該結構中佔用最大空間的類型所佔用的字節數)的倍數,所以在爲最後一個成員變量申請空間後,還會根據需要自動填充空缺的字節。
下面用前面的例子來說明VC到底怎麼樣來存放結構的。
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struct MyStruct
{
    double dda1;
    char dda;
    int type;
};
爲上面的結構分配空間的時候,VC根據成員變量出現的順序和對齊方式,先爲第一個成員dda1分配空間,其起始地址跟結構的起始地址相同(剛好偏移量0剛好爲sizeof(double)的倍數),該成員變量佔用sizeof(double)=8個字節;接下來爲第二個成員dda分配空間,這時下一個可以分配的地址對於結構的起始地址的偏移量爲8,是sizeof(char)的倍數,所以把dda存放在偏移量爲8的地方滿足對齊方式,該成員變量佔用sizeof(char)=1個字節;接下來爲第三個成員type分配空間,這時下一個可以分配的地址對於結構的起始地址的偏移量爲9,不是sizeof(int)=4的倍數,爲了滿足對齊方式對偏移量的約束問題,VC自動填充3個字節(這三個字節沒有放什麼東西),這時下一個可以分配的地址對於結構的起始地址的偏移量爲12,剛好是sizeof(int)=4的倍數,所以把type存放在偏移量爲12的地方,該成員變量佔用sizeof(int)=4個字節;這時整個結構的成員變量已經都分配了空間,總的佔用的空間大小爲:8+1+3+4=16,剛好爲結構的字節邊界數(即結構中佔用最大空間的類型所佔用的字節數sizeof(double)=8)的倍數,所以沒有空缺的字節需要填充。所以整個結構的大小爲:sizeof(MyStruct)=8+1+3+4=16,其中有3個字節是VC自動填充的,沒有放任何有意義的東西。
下面再舉個例子,交換一下上面的MyStruct的成員變量的位置,使它變成下面的情況:
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struct MyStruct
{
    char dda;
    double dda1;
    int type;
};
這個結構佔用的空間爲多大呢?在VC6.0環境下,可以得到sizeof(MyStruct)爲24。結合上面提到的分配空間的一些原則,分析下VC怎麼樣爲上面的結構分配空間的。(簡單說明)
struct MyStruct
{
char dda;//偏移量爲0,滿足對齊方式,dda佔用1個字節;
double dda1;//下一個可用的地址的偏移量爲1,不是sizeof(double)=8
的倍數,需要補足7個字節才能使偏移量變爲8(滿足對齊
方式),因此VC自動填充7個字節,dda1存放在偏移量爲8
的地址上,它佔用8個字節。
int type;//下一個可用的地址的偏移量爲16,是sizeof(int)=4的倍
數,滿足int的對齊方式,所以不需要VC自動填充,type存
放在偏移量爲16的地址上,它佔用4個字節
所有成員變量都分配了空間,空間總的大小爲1+7+8+4=20,不是結構
的節邊界數(即結構中佔用最大空間的類型所佔用的字節數sizeof
(double)=8)的倍數,所以需要填充4個字節,以滿足結構的大小爲
sizeof(double)=8的倍數。
所以該結構總的大小爲:sizeof(MyStruct)爲1+7+8+4+4=24。其中總的有7+4=11個字節是VC自動填充的,沒有放任何有意義的東西。
2、結構體包含結構體時
如果一個結構體裏同時包含結構體成員,則結構體成員要從其內部最大元素大小的整數倍地址開始存儲(如struct a裏有struct b,b裏有char,int ,double等元素,那麼b應該從8(即double類型的大小)的整數倍開始存儲)。
typedef struct bb  
{  
    int id;             //[0]....[3]      表示4字節  
    double weight;      //[8].....[15]        
    float height;      //[16]..[19],總長要爲8的整數倍,僅對齊之後總長爲[0]~[19]爲20,補齊[20]...[23]  
}BB;  

typedef struct aa    
{     
    int  id;         //[0]...[3]             
    double score;     //[8]....[15]        
    short grade;    //[16],[17]            
    BB b;             //[24]......[47]       (因爲BB內部最大成員爲double,即8的整數倍開始存儲)    
    char name[2]; //[48][49]  50個字節,湊六個,成爲8的倍數
}AA;  


int main()  
{  
    cout<<sizeof(AA)<<" "<<sizeof(BB)<<endl;  
    return 0;  
}  
輸出結果爲56(補位湊成8的倍數) 24
再看一個例子:
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;
  s1s2大小雖然都是8,但是s1的對齊方式是1s28double),所以在s3s4中才有這樣的差異。
  
所以,在自己定義結構體的時候,如果空間緊張的話,最好考慮對齊因素來排列結構體裏的元素。
3、當有聲明#pragma pack(n)時
上面的描述都是沒有#pragma pack(n)的,都是按照自己的字節數大小進行對齊。

編譯器中提供了#pragma pack(n)來設定變量以n字節對齊方式。//n爲1、2、4、8、16...

n字節對齊就是說變量存放的起始地址的偏移量有兩種情況:第一、如果n大於等於該變量所佔用的字節數,那麼偏移量必須滿足默認的對齊方式,即該變量所佔用字節數的整數倍;第二、如果n小於該變量的類型所佔用的字節數,那麼偏移量爲n的倍數,不用滿足默認的對齊方式。

結構的總大小也有個約束條件,分下面兩種情況:如果n大於所有成員變量類型所佔用的字節數,那麼結構的總大小必須爲佔用空間最大的變量佔用的空間數的倍數;否則必須爲n的倍數。

所以在上面的代碼前加一句#pragma pack(1),

則代碼輸出爲bb:(0~3)+(4~11)+(12~15)=16;   aa:(0~1)+(2~5)+(6~13)+(14~15)+(16~31)=32,也就是說,#pragma pack(1)就是沒有對齊規則。

再考慮#pragma pack(4),bb:(0~3)+(4~11)+(12~15)=16;    aa:(0~1)+(4~7)+(8~15)+(16~17)+(20~35)=36

4、 32位和64位系統的區別



     對齊和邊界條件都和上述一樣


5、聯合體的sizeof

共用體表示幾個變量共用一個內存位置,在不同的時間保存不同的數據類型和不同長度的變量。在union中,所有的共用體成員共用一個空間,並且同一時間只能儲存其中一個成員變量的值。當一個共用體被聲明時, 編譯程序自動地產生一個變量, 其長度爲聯合中元類型(如數組,取其類型的數據長度)最大的變量長度的整數倍,且要大於等於其最大成員所佔的存儲空間。

union foo  
{  
char s[10];  
int i;  
} ; 


union   mm{    
  char   a;//元長度1        1  
  int   b[5];//元長度4     20  
  double   c;//元長度8     8  
  int   d[3];              12  
  }; 
foo的內存空間的長度爲12,是int型的3倍,而並不是數組的長度10。若把int改爲double,則foo的內存空間爲16,是double型的兩倍。同理,sizeof(mm)=8*3=24;




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