结构体内存大小

000、前言

要想计算结构体内存大小，就会涉及到一个结构体内存对齐的问题，而不是对其成员进行简单的加运算

（1）在写本博客之前

有位同学和我讨论了一个学校的题目，题目如下：

我借这道题目问了另外一位同学，这位同学认为答案为12，理由是这样的

“4（int的大小）+4（y数组的大小）+4（float的大小）=12”

（2）我的思考

老实说，我不太好评价学校的C语言课，但是这道题目如果没有细讲的话，很有可能造成一定程度上的误解。稍微知道结构体内存对齐的老铁就会明白，这个结构体的大小的确是12，但是绝不是简单意义上的大小，言外之意：这道题是个大坑！

（3）我的代码提问

我当时写了一个文档发给了这位同学

int main()
{struct a{int x;char y[4];float z;};//一种朴素的想法当然是4+4+4啦，但是肯定不对……//不信你看这个程序printf("%zd\n", sizeof(struct a));//输出的也是12啊，怎么不对了？是的，不对，这个只是巧合，因为成员刚好大小都是4个字节，这与放了三个int成员是没有太大区别//但是如果是不同的就涉及到结构体内存对齐的问题了//假设我们将结构体内部成员换一下，存在一个char类型的成员struct b{char i;int x;char y[4];float z;};//按照直接加的逻辑，就是1+4+4+4==13printf("%zd\n", sizeof(struct b));//你会发现结果是16！//如果可以系统了解一下结构体对齐的知识吧，需要的话我可以发个链接给你//但是这道题由于成员设置的比较简单（因为结构体成员的类型都是4个字节）直接简单相加得到的结果确实是对的，都是这样的理解方式是有问题的！！return 0;
}

001、结构体内存对齐规则

（1）规则一：第一个成员变量在结构体变量偏移量为0的地址处

（2）规则二：其他成员变量要对齐到“对齐数”的整数倍的地址处（每个成员拥有一个对齐数，对齐数==“编译器默认的一个对齐数（VS默认这个数是8）”与“该成员大小”的较小值）

（3）规则三：结构体的总大小为最大对齐数（每个成员对齐数最大的）整数倍处

（4）规则四：如果嵌套了结构体，先计算这个被内嵌的结构体大小，然后将这个被内嵌的结构体整体当成一个新类型就行

002、为什么存在内存对齐？

（1）性能原因

数据结构应该尽可能的在自然边界上对齐。如果处理器访问了没有对齐的内存，可能需要多次访问内存空间才能得到一个完整的数据

（2）平台原因

不是所有平台都可以访问任意地址上的数据的，某些硬件平台只能在某些地址取出某些特定类型的数据，否则抛出硬件异常

（3）实质原因

牺牲空间换时间的做法

003、结构体大小推导例子

（1）例子一

struct S1
{char c1;//char大小为1，和默认对齐数8比，该成员的成员对齐数是1char c2;//char大小为1，和默认对齐数8比，该成员的成员对齐数是1int i;//整型大小为4，和默认对齐数8比，该成员的成员对齐数是4
};//最大成员对齐数是4，结构体总大小必须是4的倍数
printf("%d\n", sizeof(struct S1));//结果为8

（2）例子二

struct S2
{char c1;//大小为1，和默认对齐数比，该成员的成员对齐数是1int i;//大小为4，和默认对齐数比，该成员的成员对齐数是4char c2;//大小为1，和默认对齐数比，该成员的成员对齐数为1
};//最大成员对齐数是4，结构体的总大小必须是4的倍数
printf("%d\n", sizeof(struct S2));//结果为12，注意不是9，因为要满足规则三

（3）例子三

//嵌套结构体
struct S3
{double d;//大小为8，和默认对齐数8相比，该成员的成员对齐数为8char c;//大小为1，与默认对齐数8相比，该成员的成员对齐数为1int i;//大小为4，与默认对齐数8相比，该成员的成员对齐数为4
};//最大成员对齐数为8，结构体的总大小必须是8的倍数
printf("%d\n", sizeof(struct S3));//输出16struct S4
{char c1;//大小为1，与默认对齐数8相比，该成员的成员对齐数为1struct S3 s3;//大小为16，与默认对齐数8相比，该成员的成员对齐数为8double d;//大小为8，与默认对齐数8相比，该成员的成员对齐数为8
};//最大成员对齐数为8，结构体的总大小必须是8的倍数
printf("%d\n", sizeof(struct S4));//值为32

S3的大小

S4的大小

004、在VS2022中如何修改默认对齐数？

（1）使用#pragma

利用#pragma这个预处理指令就可以改变默认对齐数

（2）具体代码

使用#pragma的具体代码（这里的代码可以自己尝试画图解决）

①代码一

#include <stdio.h>
#pragma pack(8)//把默认对齐数设置为8
struct S1
{char c1;//char大小为1，和设置后的默认对齐数8比，该成员的成员对齐数是1char c2;//char大小为1，和设置后的默认对齐数8比，该成员的成员对齐数是1int i;//整型大小为4，和设置后的默认对齐数8比，该成员的成员对齐数是4
};//最大成员对齐数是4，结构体大小必须是4的倍数
#pragma pack()//取消设置的默认对齐数，还原为默认值int main()
{printf("%d\n", sizeof(struct S1));//结果为8
}

②代码二

#pragma pack(1)//设置默认对齐数为1
struct S2
{char c1;//大小为1，和设置后的默认对齐数1比，该成员的成员对齐数是1int i;//大小为4，和设置后的默认对齐数1比，该成员的成员对齐数是1char c2;//大小为1，和设置后的默认对齐数1比，该成员的成员对齐数为1
};//最大成员对齐数是1，结构体大小必须是1的倍数
#pragma pack()//取消设置的默认对齐数，还原为默认int main()
{printf("%d\n", sizeof(struct S2));//结果为6return 0;
}

这里注意，当默认对齐数为1的时候，此时对结构体成员进行简单加法运算得到结构体大小是没有问题的

005、注意

如果你认真看完了上面的内容，你就会发现这里面最重要的就是对齐数的确认，而编译器自身携带的默认对齐数更是会直接影响结构体的的大小。

然而现实是，不同的编译器的默认对齐数有可能是不一样的，甚至有的编译器直接就没有这方面的规定！！！例如下面这一串代码

#include <stdio.h>
int main()
{//嵌套结构体struct S3{double d;char c;long double i;};printf("%d\n", sizeof(struct S3));struct S4{char c1;struct S3 s3;double d;};printf("%d\n", sizeof(struct S4));return 0;
}

（1）VS环境下

（2）在vscode使用mingw64的gcc工具环境下

据听说，本题还被作为考试题目，当作检验C语言课程学习来使用？？？如果讲了也就罢了，若是没讲，就算考生得到12这个结果（指开头的题目），真的不会影响他对结构体内存的理解么？私认为，本题目不够严谨……