二、结构体（Struct）

2023-06-16 18:36| 来源: 网络整理| 查看: 265

结构体成员的顺序

当设计结构体时，合理安排成员的顺序是很重要的，可以优化内存利用率并减少填充字节的数量。

#include // 结构体 A（按照成员从大到小的顺序排列） struct nodeA { double d; // 占用 8 个字节 double d2; // 占用 8 个字节 int c; // 占用 4 个字节 short b; // 占用 2 个字节 char a; // 占用 1 个字节 }; // 结构体 B（按照成员从小到大的顺序排列） struct nodeB { char a; // 占用 1 个字节 short b; // 占用 2 个字节 int c; // 占用 4 个字节 double d; // 占用 8 个字节 double d2; // 占用 8 个字节 }; // 结构体 C（顺序打乱） struct nodeC { double d2; // 占用 8 个字节 short b; // 占用 2 个字节 char a; // 占用 1 个字节 double d; // 占用 8 个字节 int c; // 占用 4 个字节 }; int main() { printf("sizeof(A) = %zu\n", sizeof(struct nodeA)); printf("sizeof(B) = %zu\n", sizeof(struct nodeB)); printf("sizeof(C) = %zu\n", sizeof(struct nodeC)); return 0; } //输出结果： sizeof(A) = 32 sizeof(B) = 24 sizeof(C) = 32

注意：以上结果的大小可能会受到编译器的优化和对齐规则的影响。不同的编译器和编译选项可能会产生不同的结果。

分析

根据计算结果和结构体成员的排列方式，我们可以得出以下分析：

结构体 A 的大小为 32 字节：

在这里插入图片描述

由于成员按照从大到小的顺序排列，结构体的内存布局可能存在空洞，导致空间浪费。这种方式在某些特定情况下可能会导致内存使用效率低下。

结构体 B 的大小为 24 字节：

在这里插入图片描述

按照成员从小到大的顺序排列，结构体的内存布局较为紧凑，没有明显的空洞，能够更有效地利用内存空间。

结构体 C 的大小为 32 字节：

在这里插入图片描述

成员顺序打乱，虽然和结构体 A 的大小相同，但内存布局可能存在较多的空洞，造成了一定的空间浪费。

综合分析，推荐按照结构体 B 的方式进行成员排列。这种方式能够在保持较好内存利用率的同时，也有助于提高访问成员的性能。另外，需要注意的是，不同的结构体成员排列方式可能会对结构体的访问效率产生影响，尤其是在涉及到大量结构体对象的情况下，合理的成员排列有助于提高缓存命中率，进而提高性能。因此，按照从小到大的顺序排列结构体成员是一种较好的实践。

使用#pragma指令进行对齐

在C语言中，可以使用#pragma指令来指定内存对齐方式。具体的对齐方式和语法根据不同的编译器而有所差异，一般使用#pragma指令的方式如下：

#pragma pack(n)

其中，n表示对齐的字节数。常见的对齐字节数包括1、2、4、8等。

例如，下面的示例演示了如何使用#pragma指令进行内存对齐：

#include #pragma pack(1)//以1字节对齐 struct Data { char a; int b; short c; }; #pragma pack(4)//以4字节对齐 struct Data1 { char a; int b; short c; }; int main() { printf("Data结构体大小：%lu\n", sizeof(struct Data)); printf("Data1结构体大小：%lu\n", sizeof(struct Data1)); return 0; } // 结果：Data结构体大小：7 // Data1结构体大小：12

在上述示例中，使用#pragma pack(1)指定了结构体Data的对齐方式为1字节。由于对齐方式的影响，结构体的大小为7字节（1字节的字符 + 4字节的整型 + 2字节的短整型）。

使用属性（attribute）进行对齐

某些编译器支持使用特定的属性（attribute）来指定内存对齐方式。属性是一种编译器扩展功能，不同的编译器可能有不同的语法和支持程度。

例如，GCC编译器可以使用__attribute__来指定对齐方式。下面是一个示例：

#include struct Data { char a; int b; short c; } __attribute__((aligned(1))); struct Data1 { char a; int b; short c; } __attribute__((aligned(4))); int main() { printf("Data结构体大小：%lu\n", sizeof(struct Data)); printf("Data1结构体大小：%lu\n", sizeof(struct Data1)); return 0; } //结果：Data结构体大小：12 // Data1结构体大小：12

在上述示例中，使用__attribute__((aligned(1)))指定了结构体Data的对齐方式为1字节。结构体的大小为12字节，与#pragma指令以4字节的对齐的示例结果相同。

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