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1、結構體內存對齊

結構體內存對齊在筆試和面試中經常被問到，所以做個總結

通過代碼驗證不同結構體的內存大小：

#include <stdio.h>
struct Node1{
  char c1;
  int val1;
  char c2;
};
struct Node2{
  char c1;
  char c2;
  int val1;
};
struct Node3{
  char c1;
  char array[10];
};
struct Node4{
  char val1;
  int arrar[10];
};
int main(){
  printf("Node1 size = %d\n",sizeof(struct Node1));
  printf("Node2 size = %d\n",sizeof(struct Node2));
  printf("Node3 size = %d\n",sizeof(struct Node3));
  printf("Node4 size = %d\n",sizeof(struct Node4));

  return 0;
}

代碼運行結果為：

C++結構體字節對齊和共用體大小

通過上述代碼運行結果可以發現Node1和Node2定義了相同個數的變量，但是Node1的大小為12，Node2的大小為8，這是為什么呢？

這里首先明確兩個概念：對齊數和最大對齊數，在結構體中對齊數就是每個成員類型的大小，如Node1中，對齊數為{1，4，1}，在數組中，對齊數不是數組的大小，而是數組成員的大小，所以Node3的對齊數為{1，1}，Node4的對齊數為{1，4}。最大對齊數是對齊數中的最大值（gcc編譯器），最大對齊數可能受編譯器的影響，通常編譯器會有編譯器對齊數，最大對齊數應該是編譯器對齊數和結構體最大對齊數中較小值，如VS編譯器對齊數為8，如果結構體的最大對齊數為16，那么計算結構體的最大對齊數應該為8。我的編譯器為gcc，所以最大對齊數為結構體對齊數中的最大值。

知道最大對齊數后，就可以計算結構體的大小了，需要明確結構體的大小一定是最大對齊數的整數倍。那么Node1和Node2的成員類型是一樣的，為什么Node1的大小為12字節，Node2的大小為8字節呢。這是因為結構體內存的連續性，在存儲容量沒有到最大對齊數的內存大小時，只要能夠保存這個成員，結構體就會將該成員變量保存在一個最大對齊樹的內存空間內。這樣就避免了內存的過度浪費。

所以，上述各結構體的內存大小計算方式如下：

sizeof（Node1）= 1 + 3（浪費）+ 4 + 1 + 3（浪費） = 12
sizeof（Node2）= 1 + 1 + 2（浪費）+ 4 = 8
sizeof（Node3） = 1 + 1 * 10 = 11
sizeof（Node4） = 1 + 3（浪費）+ 4 * 10 = 44

那么結構體嵌套結構體的大小應該怎么計算呢？舉以下例子：

#include <stdio.h>
struct Node1{
  char c1;
  int val1;
  char c2;
};
struct Node2{
  char c1;
  struct Node1 node;
  double val1;
};

int main(){
  printf("Node1 size = %d\n",sizeof(struct Node1));
  printf("Node2 size = %d\n",sizeof(struct Node2));
  return 0;
}

代碼運行的結果為：

可以明確，嵌套結構體的對齊數為所嵌套結構體的最大對齊數，所以Node1的對齊數為{1，4，1}，Node2的對齊數為{1，4，8}，最大對齊數分別為4和8，則代碼里兩個結構體的大小計算方式為：

sizeof（Node1）= 1 + 3（浪費）+ 4 + 1 + 3（浪費） = 12
sizeof（Node2）= 1 + 7（浪費）+ 12 + 4（浪費）+ 8 = 24

2、共用體的內存大小

對于以下共用體，讀取它大小的代碼如下：

#include <stdio.h>

union un1{
  int val;
  char c;
  double d;
};
union un2{
  int val;
  char array[5];
};

int main(){
  printf("un1 size = %d\n",sizeof(union un1));
  printf("un2 size = %d\n",sizeof(union un2));
  return 0;
}

代碼運行結果為：

C++結構體字節對齊和共用體大小

共用體之所以叫共用體，就是因為它的成員變量共享內存，既然共享內存，那么共用體占用的內存空間一定要可以保存內存最大的成員類型，而un1的最大內存成員為double型，大小為8字節，所以un1的大小為8字節，那么un2的內存大小為什么不是5呢？這是因為要內存對齊，共用體也遵循內存對齊原則，un2的最大對齊數是4，因此un2的大小應該是4的整數倍數，所以，sizeof（un2）= 8.

3、枚舉的大小

這里順帶提一下枚舉的內存大小，代碼驗證如下：

#include <stdio.h>

enum Colour {
  RED,
  GREEN,
  BLUE
};
enum ProgramLanguage {
  python = 0xffffffffff,
  c = 8,
  java
};

int main()
{
  printf("Colour size = %d\n",sizeof(enum Colour));
  printf("ProgramLanguage size = %d\n",sizeof(enum ProgramLanguage));
  return 0;
}

代碼運行結果為：

C++結構體字節對齊和共用體大小