嵌入式C语言之struct内存分配分析
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對結構MyStruct采用sizeof會出現什么結果呢?sizeof(MyStruct)為多少呢?
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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)=16。你知道為什么在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。為了提高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于結構的起始地址的偏移量必須為該變量的類型所占用的字節數的倍數。
下面列出常用類型的對齊方式(vs6.0&vs8.0,32位系統)。
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?各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為了確保結構的大小為結構的字節邊界數(即該結構中占用最大空間的類型所占用的字節數)的倍數,所以在為最后一個成員變量申請空間后,還會根據需要自動填充空缺的字節。
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下面用前面的例子來說明VC到底怎么樣來存放結構的。
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為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,依次分配。
?(1)先為第一個成員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剛好為sizeof(double)的倍數,該成員變量占用zeof(double)=8個字節;
?(2)接下來為第二個成員dda分配空間,這時下一個可以分配的地址對于結構的起始地址的偏移量為8,是sizeof(char)的倍數,所以把dda存放在偏移量為8的地方滿足對齊方式,該成員變量占用sizeof(char)=1個字節;
?(3)接下來為第三個成員type分配空間,這時下一個可以分配的地址對于結構的起始地址的偏移量為9,不是sizeof(int)=4的倍數,為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么東西),這時下一個可以分配的地址對于結構的起始地址的偏移量為12,剛好是=4的倍數,所以把type存放在偏移量為12的地方,該成員變量占用sizeof(int)=4個字節;
?(4)這時整個結構的成員變量已經都分配了空間,總的占用的空間大小為:
8+1+3+4=16,剛好為結構的字節邊界數(即結構中占用最大空間的類型所占用的字節數sizeof(double)=8)的倍數,所以沒有空缺的字節需要填充。
?(5)所以整個結構的大小為:
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。
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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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?這個結構占用的空間為多大呢?在VC6.0環境下,可以得到sizeof(MyStruct)=24。結合上面提到的分配空間的一些原則,分析下VC怎么樣為上面的結構分配空間的。
?所有成員變量都分配了空間,空間總的大小為1+7+8+4=20,不是結構的節邊界數(即結構中占用最大空間的類型所占用的字節數sizeof(double)=8)的倍數,所以需要填充4個字節,以滿足結構的大小為sizeof(double)=8的倍數。所以該結構總的大小為:sizeof(MyStruct)為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。
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VC對結構的存儲的特殊處理確實提高CPU存儲變量的速度,但是有時候也帶來了一些麻煩,我們也屏蔽掉變量默認的對齊方式,自己可以設定變量的對齊方式。VC中提供了#pragma?pack(n)來設定變量以n字節對齊方式。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大于等于該變量所占用的字節數,那么偏移量必須滿足默認的對齊方式,第二、如果n小于該變量的類型所占用的字節數,那么偏移量為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大于所有成員變量類型所占用的字節數,那么結構的總大小必須為占用空間最大的變量占用的空間數的倍數;否則必須為n的倍數。
?下面舉例說明其用法:
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以上結構的大小為16,下面分析其存儲情況,首先為m1分配空間,其偏移量為0,滿足我們自己設定的對齊方式(4字節對齊),m1占用1個字節。接著開始為m4分配空間,這時其偏移量為1,需要補足3個字節,這樣使偏移量滿足為n=4的倍數(因為sizeof(double)大于n),m4占用8個字節。接著為m3分配空間,這時其偏移量為12,滿足為4的倍數,m3占用4個字節。這時已經為所有成員變量分配了空間,共分配了16個字節,滿足為n的倍數。如果把上面的#pragma?pack(4)改為#pragma?pack(16),那么我們可以得到結構的大小為24。
?在VC6中,Project SettingsàC/C++àStruct member alignment中默認值為8Bytes *。Struct member alignment用以指定數據結構中的成員變量在內存中是按幾字節對齊的,根據計算機數據總線的位數,不同的對齊方式存取數據的速度不一樣。這個參數對數據包網絡傳輸等應用尤為重要,不是存取速度問題,而是數據位的精確定義問題,一般在程序中使用#pragma pack來指定。
總結之,即: (1)可以設置不同的對齊方式,設置方式如上面所述,一般系統默認為8字節對齊。而我所知,嵌入式系統中一般默認4字節對齊?(vs2015默認4字節對齊) (2)VC中提供了#pragma?pack(n)來設定變量以n字節對齊方式。即在結構體前后分別以#pragma?pack(n),#pragma?pack()進行對齊設置。 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大于等于該變量類型所占用的字節數,那么偏移量必須是該類型的整數倍。 第二、如果n小于該變量的類型所所占用的字節數,那么偏移量必須是n的整數倍。
結構的總大小也有個約束條件,分下面兩種情況: 如果n大于所有成員變量類型所占用的字節數,那么結構的總大小必須為占用空間最大的變量占用的空間數的倍數;否則必須為n的倍數。
總結
以上是生活随笔為你收集整理的嵌入式C语言之struct内存分配分析的全部內容,希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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