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C语言重难点之内存对齐和位段的示例分析

2023-06-15 00:35

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这篇文章主要介绍了C语言重难点之内存对齐和位段的示例分析,具有一定借鉴价值,感兴趣的朋友可以参考下,希望大家阅读完这篇文章之后大有收获,下面让小编带着大家一起了解一下。

C语言是什么

C语言是一门面向过程的、抽象化的通用程序设计语言,广泛应用于底层开发,使用C语言可以以简易的方式编译、处理低级存储器。

一:结构体内存对齐

(1)为什么要存在内存对齐

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;某些平台只能在某些地址处取得某些特定类型的数据,否则抛出硬件异常。
比如,当一个平台要取一个整型数据时只能在地址为4的倍数的位置取得,那么这时就需要内存对齐,否则无法访问到该整型数据。

性能原因:
数据结构(尤其是栈)应该尽可能的在自然边界上对齐。原因在于,为了访问未对齐内存,处理器需要作两次内存访问;而对齐的内存访问仅需一次。

核心思想就是:以空间换取时间

 举个例子:对于有32根地址总线的计算机来说,每次读取的单位是4个字节,假入定义了如下结构体:

struct s1{char c1;int i;char c2;}

由于c1占1个字节,i占4个字节,c2占1个字节,所以计算机在读取时候,会先读取c1和i的3个字节(共四个字节)、再读取i的最后一个字节和c2。因此计算器不但需要进行两次内存读取,并且还需要对i的数据进行拼接,无形中浪费了运行的时间。所以为了减少时间的浪费,就采用了内存对齐的方式。

(2)结构体对齐规则

其中对齐数=编译器默认的一个对齐数与该成员大小的较小值。vs中默认为8。Linux中默认值为4。

(3)结构体对齐演示

以下面的构体为例

struct S{double d;char c;int i;};

把结构体中每个成员变量的大小与编译器的默认对齐数进行比较,取小的作为该成员的对齐数

C语言重难点之内存对齐和位段的示例分析

从0位开始,画出这些成员的位置,注意对齐到自己的对齐数

C语言重难点之内存对齐和位段的示例分析

故为16个字节

(4)练习

//练习1struct S1{char c1;int i;char c2;};printf("%d\n", printf(struct S1);//12//练习2 struct S2 {    char c1;        char c2;        int i;  };  printf("%d\n", sizeof(struct S2));//8//练习3 struct S3 {    double d;        char c;        int i; }; printf("%d\n", sizeof(struct S3));//16//练习4-结构体嵌套问题 struct S4 {    char c1;        struct S3 s3;        double d; }; printf("%d\n", sizeof(struct S4));//32

二:位段

(1)什么是位段

“节省空间”这四个字可以直截了当的点名位段的作用。

在结构体设计中,我们一般用int来存年龄这样的数据,但是年龄这个东西再大也不会达到几百几千,也就是它的范围一般是1-100,反应在整形数据的内存上,使用的可能就是32个比特位中的个别几个,也就说剩余的很多比特位就是根本不会用到的,而如果明知道这样,还要不管三七二十一直接抛出一个整形,四个字节,32个比特位存储这么小的数,未免显的有点浪费了。所以正式鉴于此,位段就能合理的进行内存设计

(2)位段怎么写

位段的基本格式如下,和结构体十分相似,其内部的数据类型一般要求是一致的

C语言重难点之内存对齐和位段的示例分析

(3)位段结构体对齐怎么算

上述这个结构体所占空间大小为八个字节,在实际分配时,会一上来先分配四个字节,其中a,b,c占据2+5+10共17个比特位,剩余d需要30个比特位存储但是不够,所以再分配四个字节,拿出其中30个比特位存储。可以看出相比之前暴力的直接16个字节,现在的8个字节大大的节省了空间。

再比如下面位段

struct A{unsigned a : 19;unsigned b : 11;unsigned c : 4;unsigned d : 29;char index;};

其中a和b共占据4个字节,c和d占据八个字节,index对齐对齐1个字节,最终就是16

 位段的跨平台问题

感谢你能够认真阅读完这篇文章,希望小编分享的“C语言重难点之内存对齐和位段的示例分析”这篇文章对大家有帮助,同时也希望大家多多支持编程网,关注编程网行业资讯频道,更多相关知识等着你来学习!

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