C语言学习(三十一)---结构体、联合体的在内存中的存储

这篇具有很好参考价值的文章主要介绍了C语言学习(三十一)---结构体、联合体的在内存中的存储。希望对大家有所帮助。如果存在错误或未考虑完全的地方,请大家不吝赐教,您也可以点击"举报违法"按钮提交疑问。

在上一篇文章中,我们学习了枚举位段联合体的相关内容,在文章的末尾,我们还差了关于联合体的存储问题的内容,今天我们将学习该部分的内容,好了,话不多说,开整!!!

结构体的存储方式

结构体在内存中是如何存储的呢,是按里面的变量内容,在内存中的连续地址中存储还是如何呢,我们先看以下代码:

#include<stdio.h>
struct test
{
    int a;
    char b;
    char c;
};
int main()
{
    struct test tes;
    printf("%d\n",sizeof(tes));
    return 0;
}

大家猜猜结果是多少呢?是不是6呢,又或是其他,我们编译查看结果:
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8是怎么来的呢,我们下面进行讲解。

对齐原则

实际上,结构体在内存中的对齐方式遵循以下的规则

1、第一个成员在与结构体变量偏移量为0的地址处
2、其他成员变量要对齐到某个数字(对齐数)的整数倍的地址处。
3、结构体总大小为最大对齐数(每个成员变量都有一个对齐数)的整数倍
4、如果嵌套了结构体的情况,嵌套的结构体对齐到自己的最大对齐数的整数倍处,结构体的整体大小就是所有最大对齐数(含嵌套结构体的对齐数)的整数倍,

对齐数

在上述的第二条原则中,我们提到了对齐数的概念,所谓的的对齐数

对齐数=编译器默认的一个对齐数与该成员大小的较小值

也就是在不同的编译器中,对齐数是不太一样的,以vscode为例,其默认对齐数为8

在了解了对齐原则对齐数之后,我们再分析上述代码的结果8是如何得到的,分析过程如下图,图中标注较为清晰,不再赘述:
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上述代码是在结构体中先定义1个整型然后定义两个字符变量,如果先定义两个字符变量再定义整型变量结果会不会有区别呢,代码如下:

#include<stdio.h>
struct test
{
    char b;
    char c; 
    int a;
};
int main()
{
    struct test tes;
    printf("%d\n",sizeof(tes));
    return 0;
}

编译结果如下:
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可以发现结果仍为8,不在此处进行分析,我们分析最后一种情况:定义一个字符变量、然后定义整型,然后再定义字符变量,代码如下:

#include<stdio.h>
struct test
{
    char b;
    char c; 
    int a;
};
int main()
{
    struct test tes;
    printf("%d\n",sizeof(tes));
    return 0;
}

2023/07/04 修改:上述代码应该为:

#include<stdio.h>
struct test
{
    char b;
    int a;
    char c; 
};
int main()
{
    struct test tes;
    printf("%d\n",sizeof(tes));
    return 0;
}

我们先分析,然后查看结果,分析过程如下:
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我们查看结果,发现确实为12个字节

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通过上述两道题目的分析,我想你一定掌握了结构体在内存中的存放方式,此外我们也发现一个问题:

定义相同内容的结构体,定义的顺序不同,占用的空间大小也不同。

因此在定义结构体时,如何定义最好呢,我们推荐:

变量大小中,成员较小的放在前面定义,大小中较大的放在后面定义

因为这样可以节省内存空间

联合体的大小

昨天没有讲解联合体的大小是因为该部分内容涉及到对齐数的知识,今天可以讲解了,联合体的大小遵循以下的原则:

1、联合体的大小至少为整个内容中最大的变量的大小
2、当最大成员大小不是最大对齐数的整数倍的时候,就要对齐到最大对齐数的整数倍。

我们使用以下代码查看联合体的大小:

#include<stdio.h>
union test
{
    int a ;
    char b;
    char c[20];
};
int main()
{
    union test tes;
    printf("%d\n",sizeof(tes));
    return 0;
}

联合体中,对齐数分别为4 1 1 ,因此最大对齐数为4,联合体中的最大大小为20,也是最大对齐数4的倍数,因此结果应该为20
查看结果:
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可以看到大小为20个字节,并不是 4+1+20 = 25字节,我们将c的改为3字节,再查看结果
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这个就交给大家自行分析喽

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