揭秘C语言结构体：通往内存对齐的视觉之旅

揭秘C语言结构体：通往内存对齐的视觉之旅

引言

在C语言的编程旅程中，结构体（structs）是一个关键而强大的概念。结构体不仅允许我们组织和存储不同类型的数据，而且通过深入了解内存对齐，我们可以更好地优化程序性能。在这篇博客文章中，我们将全面研究C语言结构体，包括定义、变量创建、初始化，以及内存对齐等方面。通过丰富的图示和深入的代码解读，我们将带你深入探索这一重要的数据结构。

1. 结构体类型的定义

首先，我们需要了解如何定义一个结构体类型。结构体类型是用户自定义的数据类型，通过struct关键字实现。下面是一个简单的例子：

struct Stu 
{char name[50];int age;float height;
};

Stu结构体包含了姓名、年龄和身高三个成员。

2. 结构体变量的创建与初始化

结构体类型定义后，我们可以创建相应的结构体变量，并进行初始化。以下是一个例子：

#include <stdio.h>
struct Stu
{char name[20];//名字int age;//年龄char sex[5];//性别char id[20];//学号
};
int main()
{//按照结构体成员的顺序初始化struct Stu s = { "张三", 20, "男", "20230818001" };printf("name: %s\n", s.name);printf("age : %d\n", s.age);printf("sex : %s\n", s.sex);printf("id : %s\n", s.id);//按照指定的顺序初始化struct Stu s2 = { .age = 18, .name = "lisi", .id = "20230818002", .sex = "⼥printf("name: %s\n", s2.name);printf("age : %d\n", s2.age);printf("sex : %s\n", s2.sex);printf("id : %s\n", s2.id);return 0;
}

3.内存对齐：程序性能的守护者

内存对齐对于提高程序性能至关重要。它确保结构体中的每个成员从其大小的倍数地址开始存储，以最小化内存访问时间。

3.1 对齐规则

首先得掌握结构体的对齐规则：

1. 结构体的第⼀个成员对齐到和结构体变量起始位置偏移量为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。
   对齐数 = 编译器默认的⼀个对⻬数 与 该成员变量大小的较小值。
   （VS 中默认的值为 8）
3. 结构体总大小为最⼤对齐数（结构体中每个成员变量都有⼀个对齐数，所有对齐数中最大的 整数倍。
4. 如果嵌套了结构体的情况，嵌套的结构体成员对⻬到⾃⼰的成员中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（含嵌套结构体中成员的对齐数）的整数倍。

3.2练习

typedef struct {int a;char b;short c;short d;
}AA_t;int main()
{printf("%d\n", sizeof(AA_t));return 0;
}

#include <stdio.h>
union Un
{short s[7];int n;
};
int main()
{printf("%d\n", sizeof(union Un));return 0;
}

4.实际案例：取消内存对齐

#include <stdio.h>struct PackedData {char a;int b;char c;
} __attribute__((packed));int main() {struct PackedData packedStruct;printf("PackedData的大小：%zu 字节\n", sizeof(packedStruct));return 0;
}

通过上面的代码，我们演示了如何通过__attribute__((packed))取消结构体的内存对齐，进而影响结构体的大小。

5.结论

通过这篇博客的全方位解读，你应该对C语言中的结构体有了更深入的了解。从定义到初始化，再到内存对齐，我们用图解和案例为你展现了结构体的方方面面。希望这篇文章能够帮助你更好地掌握C语言结构体，为你的编程之路增添亮丽的一笔。