内存对齐问题.docx
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内存对齐问题.docx
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内存对齐问题
结构体和共用体的内存分配是C语言的一个难点,也是面试题中的热点。
内存对齐要点:
1、总体上按最大基本类型对齐
2、每个变量字段还需满足:
其首地址能被其类型大小整除,比如:
inti;那么i的地址必须要能被sizeof(int)整除,不能整除时,就移到下一个最大基本类型开始处。
如:
viewplaincopytoclipboardprint?
structmystruct
{
inta;//(假设)地址都是从0开始,那么a占用4字节,到达地址4。
现在b为8字节,需要其首地址能被8整除,但是现在的地址是4,不能满足整除8,于是就下移到下一个最大基本类型开始处,即地址8处,这时能够整除sizeof(double)了,所以对齐了。
doubleb;//地址从8开始,占用8字节
};//所以此结构体总共占用16字节。
structmystruct
{
inta;//(假设)地址都是从0开始,那么a占用4字节,到达地址4。
现在b为8字节,需要其首地址能被8整除,但是现在的地址是4,不能满足整除8,于是就下移到下一个最大基本类型开始处,即地址8处,这时能够整除sizeof(double)了,所以对齐了。
doubleb;//地址从8开始,占用8字节
};//所以此结构体总共占用16字节。
示例1:
viewplaincopytoclipboardprint?
Uniondata1
{
doubled;
inti;
charc1;
charc2[9];
};
Uniondata1
{
doubled;
inti;
charc1;
charc2[9];
};
sizeof(uniondata1)的值为16.在编译器默认设置的情况下,该共用体最大基本类型为double,它占8字节,所以此共用体以8来对齐。
字符数组c2占9个字节,那么整个共用体应该占9个字节,但按照对齐原则,实际分配给它的内存为16字节。
如果是:
viewplaincopytoclipboardprint?
structdata1
{
doubled;
inti;
charc1;
charc2[9];
};
structdata1
{
doubled;
inti;
charc1;
charc2[9];
};
sizeof(structdata1)的值为24,首先按照存储大小,该结构体所占存储空间为:
8+4+1+9=22字节,这个结构体也是以8对齐,因此实际分配的是24字节。
即空出最后2个字节未使用
示例2:
viewplaincopytoclipboardprint?
uniondata2
{
inti;
charc1;
charc2[9];
};
uniondata2
{
inti;
charc1;
charc2[9];
};
sizeof(uniondata2)的值为12,该共用体占内存空间最大的基本数据类型为int,其长度为4,所以该共用体以4来对齐。
该共用体的长度取决于字符c2,其长度为9,9不是4的倍数,要进行对齐,因此实际分配的存储空间为12.
viewplaincopytoclipboardprint?
structdata2
{
inti;
charc1;
charc2[9];
};
structdata2
{
inti;
charc1;
charc2[9];
};
sizeof(structdata2)的值为16,与上面共用体一样,该结构体以4对齐。
按照存储大小,该结构体所占存储空间为:
4+1+9=14,14不是4的倍数,进行对齐,对齐后的值为16.
示例3:
viewplaincopytoclipboardprint?
uniondata3
{
charc1;
charc2[3];
};
uniondata3
{
charc1;
charc2[3];
};
sizeof(uniondata3)的值为3,该共用体占内存空间最大的基本数据类型为chart,其长度为1,所以该共用体以1来对齐。
该共用体的长度取决于字符c2,其长度为3,因此分配的存储空间为3.
viewplaincopytoclipboardprint?
structdata3
{
charc1;
charc2[2];
};
structdata3
{
charc1;
charc2[2];
};
sizeof(structdata3)的值为3,与上面共用体一样,该结构体以1对齐。
按照存储大小,该结构体所占存储空间为:
1+2=3字节。
示例4:
viewplaincopytoclipboardprint?
structinner
{
charc1;
doubled;
charc2;
};
structinner
{
charc1;
doubled;
charc2;
};
这个结构体显然是8字节对齐的,在给c1分配存储空间时,考虑到对齐,分配给c1的字节数就是8,然后给d分配8字节,最后给c2分配时,因为也要以8对齐,所以也分配了8个字节的存储空间。
所以sizeof(structinner)值为24.
如果是:
viewplaincopytoclipboardprint?
structinner
{
charc1;
charc2;
doubled;
};
structinner
{
charc1;
charc2;
doubled;
};
当然这个结构体也是以8字节对齐的,编译器编译程序时,给c1、c2分配存储空间没有必要各自给它们分配8字节,只要8字节就可以了。
给d分配8字节,所以sizeof(structinner)值为16.
viewplaincopytoclipboardprint?
structinner
{
charc1;
doubled;
charc2;
};
uniondata4
{
structinnert1;
inti;
charc;
};
structinner
{
charc1;
doubled;
charc2;
};
uniondata4
{
structinnert1;
inti;
charc;
};
由于data4共用体中有一个inner结构体,所以最大的基本数据类型为double,因此以8字节对齐。
共用体的存储长度取决于t1,而t1长度为24,因此sizeof(uniondata4)的值为24.
viewplaincopytoclipboardprint?
structinner
{
charc1;
doubled;
charc2;
};
structdata4
{
structinnert1;
inti;
charc;
};
structinner
{
charc1;
doubled;
charc2;
};
structdata4
{
structinnert1;
inti;
charc;
};
data4结构体中有一个inner结构体,所以以8对齐,变量i和c共分配8字节就可以了,因此sizeof(structdata4)的值为32.
示例5:
viewplaincopytoclipboardprint?
structdata
{
inta;
longb;
doublec;
floatd;
chare;
shortf;
}d;
structdata
{
inta;
longb;
doublec;
floatd;
chare;
shortf;
}d;
这个结构体所占的字节数是多少呢?
这里假设long所占字节数为4字节,short占2字节。
这个结构体与示例4中第二个structinner类似。
首先这个结构体是以8字节对齐的,因为最长基本数据类型为double,它占8字节,d、e、f、总和为7个字节。
分配存储空间时,成员a和b各分配4字节,d分配4字节,f分配2字节,e也分配2字节。
d、e、f总和刚好占8个字节,所以sizeof(structdata)值为24.
viewplaincopytoclipboardprint?
structdata
{
inta;
longb;
doublec;
floatd;
chare[3];
shortf;
}d;
structdata
{
inta;
longb;
doublec;
floatd;
chare[3];
shortf;
}d;
sizeof(structdata)值为32.
例1:
对于一个频繁使用的短小函数,在C语言中最好用什么实现?
答:
最好用宏定义,这样可以节省调用函数的开销,效率最高。
例2:
已知一个数组table,写一个宏定义,求出数组的元素个数
答:
#defineNTBL(sizeof(table)/sizeof(table[0]))
对于数组,sizeof(table)获取数组的总长度,而sizeof(table[0])是数组第一个元素所占的长度。
当然若是可以用strlen()函数也行。
例3:
给定结构
viewplaincopytoclipboardprint?
structA
{
unsignedshortt:
4;
unsignedshortk:
4;
unsignedshorti:
8;
unsignedlongm;
};
structA
{
unsignedshortt:
4;
unsignedshortk:
4;
unsignedshorti:
8;
unsignedlongm;
};
问sizeof(A)的值。
程序分析:
unsignedshort一般占2个字节,unsignedlong一般占4个字节,结构体A以4字节对齐,A中成员t、k、i共占4+4+8=16位,由于要内存对齐,实际那三个成员共占32位即4字节,成员m占4字节,因此sizeof(A)=8.
例4:
求函数返回值,输入x=9999
viewplaincopytoclipboardprint?
intfunc(intx)
{
intcount=0;
while(x)
{
count++;
x=x&(x-1);
}
returncount;
}
intfunc(intx)
{
intcount=0;
while(x)
{
count++;
x=x&(x-1);
}
returncount;
}
程序分析:
这是统计9999的二进制形式中有多少个1的函数。
9999=9*1024+512+256+15,2*1024的二进制表示中含有1的个数为2;512的二进制表示中含有1的个数为1;256的二进制表示中含有1的个数为1;15的二进制表示中含有1的个数为4;故共有1的个数为8,结果为8。
1000
(2)-1
(2)=0111
(2),正好是原数取反,用这种方法来求1的个数是高效率的。
例5:
已知运行这个程序的主机中数据类型long占8字节,请分析程序的运行结果。
viewplaincopytoclipboardprint?
#include
intmain()
{
structdata
{
longl;
char*s;
shortinti;
charc;
shortinta[5];
}d;
structdata*p=&d;
printf("%d\n",sizeof(d));
printf("%x\t%x\n",p,p+1);
printf("%x\t%x\n",p,(char*)p+1);
printf("%x\t%x\n",p,(long*)p+1);
return0;
}
#include
intmain()
{
structdata
{
longl;
char*s;
shortinti;
charc;
shortinta[5];
}d;
structdata*p=&d;
printf("%d\n",sizeof(d));
printf("%x\t%x\n",p,p+1);
printf("%x\t%x\n",p,(char*)p+1);
printf("%x\t%x\n",p,(long*)p+1);
return0;
}
运行结果:
32
bffff60bffff80
bffff60bffff61
bffff60bffff64
程序分析:
structdata以8个字节对齐,long类型的成员1分配8个字节。
s、i、c、a原本分别占4、2、1、10个字节。
由于考虑到对齐,s分配4个字节,i分配2个字节,c分配2个字节,此时刚好用完8个字节。
a原本分配10个字节,由于考虑到对齐,要使整个结构体所占的存储空间是8的倍数,所以分配给它16个字节。
因此结构体data占8+4+4+2+16=32个字节。
第二条printf语句,p+1中的加1并不是加1个字节,而是1个structdata的长度,16进制下,bffff60+20(十进制数32以十六进制数表示是20)=bffff80.
第三条printf语句,p+1中的加1,由于对指针p进行了强制类型转换,使p指向char类型的数据,此时的加1就是加上1个char类型的长度,因此p+1的输出是bffff61.
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