嵌入式C语言之struct内存分配分析
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對結(jié)構(gòu)MyStruct采用sizeof會(huì)出現(xiàn)什么結(jié)果呢？sizeof(MyStruct)為多少呢？
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也許你會(huì)這樣求：sizeof(MyStruct)=sizeof(double)+sizeof(char)+sizeof(int)=13
?但是當(dāng)在VC中測試上面結(jié)構(gòu)的大小時(shí)，你會(huì)發(fā)現(xiàn)sizeof(MyStruct)=16。你知道為什么在VC中會(huì)得出這樣一個(gè)結(jié)果嗎？
?其實(shí)，這是VC對變量存儲(chǔ)的一個(gè)特殊處理。為了提高CPU的存儲(chǔ)速度，VC對一些變量的起始地址做了“對齊”處理。
在默認(rèn)情況下，VC規(guī)定各成員變量存放的起始地址相對于結(jié)構(gòu)的起始地址的偏移量必須為該變量的類型所占用的字節(jié)數(shù)的倍數(shù)。
下面列出常用類型的對齊方式(vs6.0&vs8.0,32位系統(tǒng))。
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?各成員變量在存放的時(shí)候根據(jù)在結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)的順序依次申請空間，同時(shí)按照上面的對齊方式調(diào)整位置，空缺的字節(jié)VC會(huì)自動(dòng)填充。同時(shí)VC為了確保結(jié)構(gòu)的大小為結(jié)構(gòu)的字節(jié)邊界數(shù)（即該結(jié)構(gòu)中占用最大空間的類型所占用的字節(jié)數(shù)）的倍數(shù)，所以在為最后一個(gè)成員變量申請空間后，還會(huì)根據(jù)需要自動(dòng)填充空缺的字節(jié)。
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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(jié)構(gòu)的。
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為上面的結(jié)構(gòu)分配空間的時(shí)候，VC根據(jù)成員變量出現(xiàn)的順序和對齊方式，依次分配。
?（1）先為第一個(gè)成員dda1分配空間，其起始地址跟結(jié)構(gòu)的起始地址相同，剛好偏移量0剛好為sizeof(double)的倍數(shù)，該成員變量占用zeof(double)=8個(gè)字節(jié)；
?（2）接下來為第二個(gè)成員dda分配空間，這時(shí)下一個(gè)可以分配的地址對于結(jié)構(gòu)的起始地址的偏移量為8，是sizeof(char)的倍數(shù)，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(gè)字節(jié)；
?（3）接下來為第三個(gè)成員type分配空間，這時(shí)下一個(gè)可以分配的地址對于結(jié)構(gòu)的起始地址的偏移量為9，不是sizeof(int)=4的倍數(shù)，為了滿足對齊方式對偏移量的約束問題，VC自動(dòng)填充3個(gè)字節(jié)（這三個(gè)字節(jié)沒有放什么東西），這時(shí)下一個(gè)可以分配的地址對于結(jié)構(gòu)的起始地址的偏移量為12，剛好是=4的倍數(shù)，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(gè)字節(jié)；
?（4）這時(shí)整個(gè)結(jié)構(gòu)的成員變量已經(jīng)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(jié)構(gòu)的字節(jié)邊界數(shù)（即結(jié)構(gòu)中占用最大空間的類型所占用的字節(jié)數(shù)sizeof(double)=8）的倍數(shù)，所以沒有空缺的字節(jié)需要填充。
?（5）所以整個(gè)結(jié)構(gòu)的大小為：
sizeof(MyStruct)=8+1+3+4=16，其中有3個(gè)字節(jié)是VC自動(dòng)填充的，沒有放任何有意義的東西。
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下面再舉個(gè)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(gè)結(jié)構(gòu)占用的空間為多大呢？在VC6.0環(huán)境下，可以得到sizeof(MyStruct)=24。結(jié)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的節(jié)邊界數(shù)（即結(jié)構(gòu)中占用最大空間的類型所占用的字節(jié)數(shù)sizeof(double)=8）的倍數(shù)，所以需要填充4個(gè)字節(jié)，以滿足結(jié)構(gòu)的大小為sizeof(double)=8的倍數(shù)。所以該結(jié)構(gòu)總的大小為：sizeof(MyStruct)為1+7+8+4+4=24。其中總的有7+4=11個(gè)字節(jié)是VC自動(dòng)填充的，沒有放任何有意義的東西。
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VC對結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)的特殊處理確實(shí)提高CPU存儲(chǔ)變量的速度，但是有時(shí)候也帶來了一些麻煩，我們也屏蔽掉變量默認(rèn)的對齊方式，自己可以設(shè)定變量的對齊方式。VC中提供了#pragma?pack(n)來設(shè)定變量以n字節(jié)對齊方式。n字節(jié)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(jié)數(shù)，那么偏移量必須滿足默認(rèn)的對齊方式，第二、如果n小于該變量的類型所占用的字節(jié)數(shù)，那么偏移量為n的倍數(shù)，不用滿足默認(rèn)的對齊方式。結(jié)構(gòu)的總大小也有個(gè)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(jié)數(shù)，那么結(jié)構(gòu)的總大小必須為占用空間最大的變量占用的空間數(shù)的倍數(shù)；否則必須為n的倍數(shù)。
?下面舉例說明其用法:
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以上結(jié)構(gòu)的大小為16，下面分析其存儲(chǔ)情況，首先為m1分配空間，其偏移量為0，滿足我們自己設(shè)定的對齊方式（4字節(jié)對齊），m1占用1個(gè)字節(jié)。接著開始為m4分配空間，這時(shí)其偏移量為1，需要補(bǔ)足3個(gè)字節(jié)，這樣使偏移量滿足為n=4的倍數(shù)（因?yàn)?/span>sizeof(double)大于n）,m4占用8個(gè)字節(jié)。接著為m3分配空間，這時(shí)其偏移量為12，滿足為4的倍數(shù)，m3占用4個(gè)字節(jié)。這時(shí)已經(jīng)為所有成員變量分配了空間，共分配了16個(gè)字節(jié)，滿足為n的倍數(shù)。如果把上面的#pragma?pack(4)改為#pragma?pack(16)，那么我們可以得到結(jié)構(gòu)的大小為24。
?在VC6中，Project SettingsàC/C++àStruct member alignment中默認(rèn)值為8Bytes *。Struct member alignment用以指定數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的成員變量在內(nèi)存中是按幾字節(jié)對齊的，根據(jù)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)總線的位數(shù)，不同的對齊方式存取數(shù)據(jù)的速度不一樣。這個(gè)參數(shù)對數(shù)據(jù)包網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)葢?yīng)用尤為重要，不是存取速度問題，而是數(shù)據(jù)位的精確定義問題，一般在程序中使用#pragma pack來指定。
總結(jié)之，即： （1）可以設(shè)置不同的對齊方式，設(shè)置方式如上面所述，一般系統(tǒng)默認(rèn)為8字節(jié)對齊。而我所知，嵌入式系統(tǒng)中一般默認(rèn)4字節(jié)對齊？（vs2015默認(rèn)4字節(jié)對齊） （2）VC中提供了#pragma?pack(n)來設(shè)定變量以n字節(jié)對齊方式。即在結(jié)構(gòu)體前后分別以#pragma?pack(n)，#pragma?pack()進(jìn)行對齊設(shè)置。 n字節(jié)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(jié)數(shù)，那么偏移量必須是該類型的整數(shù)倍。 第二、如果n小于該變量的類型所所占用的字節(jié)數(shù)，那么偏移量必須是n的整數(shù)倍。
結(jié)構(gòu)的總大小也有個(gè)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(jié)數(shù)，那么結(jié)構(gòu)的總大小必須為占用空間最大的變量占用的空間數(shù)的倍數(shù)；否則必須為n的倍數(shù)。
總結(jié)
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(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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