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这是一条镜像帖。来源:北邮人论坛 / soft-design / #20992同步于 2007/9/11
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SoftDesign机器人发帖

请教大家一个关于C语言中结构大小的计算问题

rabbit
2007/9/11镜像同步11 回复
我定义了一个这样的结构体 struct Data_Frame{ int length; unsigned char start; unsigned char start1; // unsigned char start2; // unsigned char start3; char checksum[10]; }data; 我现在用sizeof计算它的大小是16,也就等于4+1+1+10,但我把第一个注释放掉之后,大小就变成了20,再把第一个放掉大小仍是20。这是为什么呢。 不过我知道在某些计算机中,有些数据类型是不能从内存中的任意位置开始存放的,比如一个4字节长的整数必须从可被4整除的地址开始。 不过作为只占一个字节的char型,应该可以在任意位置存放,而且结构体的起始地址是可以被4整除的。 还请大家帮我解释一下[em17]
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9 条回复
hisashi机器人#1 · 2007/9/11
就是为了4字节对齐吧,你把start1注释掉长度也应该还是16
hisashi机器人#2 · 2007/9/11
似乎具体对齐方式是依赖于编译器的
UnrealT机器人#3 · 2007/9/11
【 在 hisashi 的大作中提到: 】 : 似乎具体对齐方式是依赖于编译器的 我怎么觉得和cpu有关 ps:记得对齐方式是可以改的,在预编译那里
UnrealT机器人#4 · 2007/9/11
【 在 UnrealT 的大作中提到: 】 : 我怎么觉得和cpu有关 : ps:记得对齐方式是可以改的,在预编译那里 不过编译器确实是有关的
Wing机器人#5 · 2007/9/11
【 在 rabbit (贝贝) 的大作中提到: 】 : 我定义了一个这样的结构体 : struct Data_Frame{ : int length; : ................... 预编译里加上#pragma pack(1)就可以按1字节对齐了,这样该多大就是多大
rabbit机器人#6 · 2007/9/11
【 在 hisashi 的大作中提到: 】 : 就是为了4字节对齐吧,你把start1注释掉长度也应该还是16 恩,是这样的。 不过4字节对齐不是只是对于int来说吗,char型不需要的啊 把它们各自的地址打印出来是 add_data = 1245040 add_len = 1245040 add_start = 1245044 add_start1 = 1245045 add_check = 1245046 把start1杠掉之后就是add_check = 1245045 还是不理解这个大小到底是怎么算的
redfox机器人#7 · 2007/9/11
【 在 rabbit 的大作中提到: 】 : 恩,是这样的。 : 不过4字节对齐不是只是对于int来说吗,char型不需要的啊 : 把它们各自的地址打印出来是 : ................... 你的理解是错误的。 不是按照类型对齐的,而是按照机器字节对齐的。32位机上,机器字节长为4字节。所以,一般默认4字节对齐。具体的原理,请到网上搜索。csdn上有篇文章详细的讲述了。
Wing机器人#8 · 2007/9/11
【 在 rabbit (贝贝) 的大作中提到: 】 : 我定义了一个这样的结构体 : struct Data_Frame{ : int length; : ................... 转一个: 每个特定平台上的编译器都有自己的默认“对齐系数”(也叫对齐模数)。程序员可以通过预编译命令#pragma pack(n),n=1,2,4,8,16来改变这一系数,其中的n就是你要指定的“对齐系数”。 规则: 1、数据成员对齐规则:结构(struct)(或联合(union))的数据成员,第一个数据成员放在offset为0的地方,以后每个数据成员的对齐按照#pragma pack指定的数值和这个数据成员自身长度中,比较小的那个进行。 2、结构(或联合)的整体对齐规则:在数据成员完成各自对齐之后,结构(或联合)本身也要进行对齐,对齐将按照#pragma pack指定的数值和结构(或联合)最大数据成员长度中,比较小的那个进行。 3、结合1、2颗推断:当#pragma pack的n值等于或超过所有数据成员长度的时候,这个n值的大小将不产生任何效果。 原文见http://bigwhite.blogbus.com/logs/1347304.html
rabbit机器人#9 · 2007/9/11
感谢大家的帮忙:) 我就把Wing提到的那个网站内容帖过来,感觉说的是比较清晰的,也感谢Wing提供文章。 【转贴】 在最近的项目中,我们涉及到了“内存对齐”技术。对于大部分程序员来说,“内存对齐”对他们来说都应该是“透明的”。“内存对齐”应该是编译器的“管辖范围”。编译器为程序中的每个“数据单元”安排在适当的位置上。但是C语言的一个特点就是太灵活,太强大,它允许你干预“内存对齐”。如果你想了解更加底层的秘密,“内存对齐”对你就不应该再透明了。 一、内存对齐的原因 大部分的参考资料都是如是说的: 1、平台原因(移植原因):不是所有的硬件平台都能访问任意地址上的任意数据的;某些硬件平台只能在某些地址处取某些特定类型的数据,否则抛出硬件异常。 2、性能原因:数据结构(尤其是栈)应该尽可能地在自然边界上对齐。原因在于,为了访问未对齐的内存,处理器需要作两次内存访问;而对齐的内存访问仅需要一次访问。 二、对齐规则 每个特定平台上的编译器都有自己的默认“对齐系数”(也叫对齐模数)。程序员可以通过预编译命令#pragma pack(n),n=1,2,4,8,16来改变这一系数,其中的n就是你要指定的“对齐系数”。 规则: 1、数据成员对齐规则:结构(struct)(或联合(union))的数据成员,第一个数据成员放在offset为0的地方,以后每个数据成员的对齐按照#pragma pack指定的数值和这个数据成员自身长度中,比较小的那个进行。 2、结构(或联合)的整体对齐规则:在数据成员完成各自对齐之后,结构(或联合)本身也要进行对齐,对齐将按照#pragma pack指定的数值和结构(或联合)最大数据成员长度中,比较小的那个进行。 3、结合1、2颗推断:当#pragma pack的n值等于或超过所有数据成员长度的时候,这个n值的大小将不产生任何效果。 三、试验 我们通过一系列例子的详细说明来证明这个规则吧! 我试验用的编译器包括GCC 3.4.2和VC6.0的C编译器,平台为Windows XP + Sp2。 我们将用典型的struct对齐来说明。首先我们定义一个struct: #pragma pack(n) /* n = 1, 2, 4, 8, 16 */ struct test_t { int a; char b; short c; char d; }; #pragma pack(n) 首先我们首先确认在试验平台上的各个类型的size,经验证两个编译器的输出均为: sizeof(char) = 1 sizeof(short) = 2 sizeof(int) = 4 我们的试验过程如下:通过#pragma pack(n)改变“对齐系数”,然后察看sizeof(struct test_t)的值。 1、1字节对齐(#pragma pack(1)) 输出结果:sizeof(struct test_t) = 8 [两个编译器输出一致] 分析过程: 1) 成员数据对齐 #pragma pack(1) struct test_t { int a; /* 长度4 < 1 按1对齐;起始offset=0 0%1=0;存放位置区间[0,3] */ char b; /* 长度1 = 1 按1对齐;起始offset=4 4%1=0;存放位置区间[4] */ short c; /* 长度2 > 1 按1对齐;起始offset=5 5%1=0;存放位置区间[5,6] */ char d; /* 长度1 = 1 按1对齐;起始offset=7 7%1=0;存放位置区间[7] */ }; #pragma pack() 成员总大小=8 2) 整体对齐 整体对齐系数 = min((max(int,short,char), 1) = 1 整体大小(size)=$(成员总大小) 按 $(整体对齐系数) 圆整 = 8 /* 8%1=0 */ [注1] 2、2字节对齐(#pragma pack(2)) 输出结果:sizeof(struct test_t) = 10 [两个编译器输出一致] 分析过程: 1) 成员数据对齐 #pragma pack(2) struct test_t { int a; /* 长度4 > 2 按2对齐;起始offset=0 0%2=0;存放位置区间[0,3] */ char b; /* 长度1 < 2 按1对齐;起始offset=4 4%1=0;存放位置区间[4] */ short c; /* 长度2 = 2 按2对齐;起始offset=6 6%2=0;存放位置区间[6,7] */ char d; /* 长度1 < 2 按1对齐;起始offset=8 8%1=0;存放位置区间[8] */ }; #pragma pack() 成员总大小=9 2) 整体对齐 整体对齐系数 = min((max(int,short,char), 2) = 2 整体大小(size)=$(成员总大小) 按 $(整体对齐系数) 圆整 = 10 /* 10%2=0 */ 3、4字节对齐(#pragma pack(4)) 输出结果:sizeof(struct test_t) = 12 [两个编译器输出一致] 分析过程: 1) 成员数据对齐 #pragma pack(4) struct test_t { int a; /* 长度4 = 4 按4对齐;起始offset=0 0%4=0;存放位置区间[0,3] */ char b; /* 长度1 < 4 按1对齐;起始offset=4 4%1=0;存放位置区间[4] */ short c; /* 长度2 < 4 按2对齐;起始offset=6 6%2=0;存放位置区间[6,7] */ char d; /* 长度1 < 4 按1对齐;起始offset=8 8%1=0;存放位置区间[8] */ }; #pragma pack() 成员总大小=9 2) 整体对齐 整体对齐系数 = min((max(int,short,char), 4) = 4 整体大小(size)=$(成员总大小) 按 $(整体对齐系数) 圆整 = 12 /* 12%4=0 */ 4、8字节对齐(#pragma pack(8)) 输出结果:sizeof(struct test_t) = 12 [两个编译器输出一致] 分析过程: 1) 成员数据对齐 #pragma pack(8) struct test_t { int a; /* 长度4 < 8 按4对齐;起始offset=0 0%4=0;存放位置区间[0,3] */ char b; /* 长度1 < 8 按1对齐;起始offset=4 4%1=0;存放位置区间[4] */ short c; /* 长度2 < 8 按2对齐;起始offset=6 6%2=0;存放位置区间[6,7] */ char d; /* 长度1 < 8 按1对齐;起始offset=8 8%1=0;存放位置区间[8] */ }; #pragma pack() 成员总大小=9 2) 整体对齐 整体对齐系数 = min((max(int,short,char), 8) = 4 整体大小(size)=$(成员总大小) 按 $(整体对齐系数) 圆整 = 12 /* 12%4=0 */ 5、16字节对齐(#pragma pack(16)) 输出结果:sizeof(struct test_t) = 12 [两个编译器输出一致] 分析过程: 1) 成员数据对齐 #pragma pack(16) struct test_t { int a; /* 长度4 < 16 按4对齐;起始offset=0 0%4=0;存放位置区间[0,3] */ char b; /* 长度1 < 16 按1对齐;起始offset=4 4%1=0;存放位置区间[4] */ short c; /* 长度2 < 16 按2对齐;起始offset=6 6%2=0;存放位置区间[6,7] */ char d; /* 长度1 < 16 按1对齐;起始offset=8 8%1=0;存放位置区间[8] */ }; #pragma pack() 成员总大小=9 2) 整体对齐 整体对齐系数 = min((max(int,short,char), 16) = 4 整体大小(size)=$(成员总大小) 按 $(整体对齐系数) 圆整 = 12 /* 12%4=0 */ 四、结论 8字节和16字节对齐试验证明了“规则”的第3点:“当#pragma pack的n值等于或超过所有数据成员长度的时候,这个n值的大小将不产生任何效果”。另外内存对齐是个很复杂的东西,上面所说的在有些时候也可能不正确。呵呵^_^ [注1] 什么是“圆整”? 举例说明:如上面的8字节对齐中的“整体对齐”,整体大小=9 按 4 圆整 = 12 圆整的过程:从9开始每次加一,看是否能被4整除,这里9,10,11均不能被4整除,到12时可以,则圆整结束。