一：結構體內存對齊

（1）為什么要存在內存對齊

平臺原因（移植原因）： 不是所有的硬件平臺都能訪問任意地址上的任意數據的；某些平臺只能在某些地址處取得某些特定類型的數據，否則拋出硬件異常。比如，當一個平臺要取一個整型數據時只能在地址為4的倍數的位置取得，那么這時就需要內存對齊，否則無法訪問到該整型數據。

性能原因： 數據結構（尤其是棧）：應該盡可能的在自然邊界上對齊。原因在于，為了訪問未對齊內存，處理器需要作兩次內存訪問；而對齊的內存訪問僅需一次。

核心思想就是：以空間換取時間

（2）結構體對齊規則

• 第一個成員在與結構體變量偏移量為0的地址處。（即結構體的首地址處，即對齊到0處）
• 其他成員變量要對齊到某個數字（對齊數）的整數倍的地址處。
• 結構體的總大小為最大對齊數（每個成員變量都有一個對齊數）的整數倍。
• 如果嵌套了結構體，嵌套的結構體對齊到自己的最大對齊數的整數倍處，結構體的整體大小就是所有最大對齊數（含嵌套結構體的對齊數）的整數倍。

其中對齊數=編譯器默認的一個對齊數與該成員大小的較小值。vs中默認為8。Linux中默認值為4。

（3）結構體對齊演示

以下面的構體為例

struct S {double d;char c;int i; };

第一步：把結構體中每個成員變量的大小與編譯器的默認對齊數進行比較，取小的作為該成員的對齊數

第二步：從0位開始，畫出這些成員的位置，注意對齊到自己的對齊數

故為16個字節

（4）練習

//練習1 struct S1{char c1;int i;char c2; }; printf("%d\n", printf(struct S1);//12//練習2 struct S2 {char c1; char c2; int i; }; printf("%d\n", sizeof(struct S2));//8//練習3 struct S3 {double d; char c; int i; }; printf("%d\n", sizeof(struct S3));//16//練習4-結構體嵌套問題 struct S4 {char c1; struct S3 s3; double d; }; printf("%d\n", sizeof(struct S4));//32

下面這個例子比較經典（64位）

struct A {int a;union{long b;short c;}; }; struct B {char e;struct A d;int f; };

二：位段

（1）什么是位段

“節省空間”這四個字可以直截了當的點名位段的作用。

在結構體設計中，我們一般用int來存年齡這樣的數據，但是年齡這個東西再大也不會達到幾百幾千，也就是它的范圍一般是1-100，反應、、反映在整形數據的內存上，使用的可能就是32個比特位中的個別幾個，也就說剩余的很多比特位就是根本不會用到的，而如果明知道這樣，還要不管三七二十一直接拋出一個整形，四個字節，32個比特位存儲這么小的數，未免顯的有點浪費了。所以正式鑒于此，位段就能合理的進行內存設計

（2）位段怎么寫

位段的基本格式如下，和結構體十分相似，其內部的數據類型一般要求是一致的

（3）位段結構體對齊怎么算

上述這個結構體所占空間大小為八個字節，在實際分配時，會一上來先分配四個字節，其中a，b，c占據2+5+10共17個比特位，剩余d需要30個比特位存儲但是不夠，所以再分配四個字節，拿出其中30個比特位存儲?？梢钥闯鱿啾戎氨┝Φ闹苯?6個字節，現在的8個字節大大的節省了空間。

再比如下面位段

struct A {unsigned a : 19;unsigned b : 11;unsigned c : 4;unsigned d : 29; char index; };

其中a和b共占據4個字節，c和d占據八個字節，index對齊對齊1個字節，最終就是16

總結

以上是生活随笔為你收集整理的C语言重难点：内存对齐和位段的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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