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我的朋友

分类: C/C++

2010-03-08 21:33:21

结构体和共用体的内存分配是C语言的一个难点,也是面试题中的热点。

示例1:
  Union data1
 {
  double  d;
  int     i;
  char    c1;
  char    c2[9];  
 };

  sizeof(union data1)的值为16.在编译器默认设置的情况下,该共用体最大基本类型为double,它占8字节,所以此共用体以8来对齐。字符数组c2占9个字节,那么整个共用体应该占9个字节,但按照对齐原则,实际分配给它的内存为16字节。
  如果是:
  struct data1
  {
     double  d;
     int         i;
     char      c1;
     char      c2[9];
   };
 sizeof(struct data1)的值为24,首先按照存储大小,该结构体所占存储空间为:8+4+1+9=22字节,这个结构体也是以8对齐,因此实际分配的是24字节。
示例2:

   Union data2

 {
  int       i;
  char    c1;
  char    c2[9];  
 };

   sizeof(union data2)的值为12,该共用体占内存空间最大的基本数据类型为int,其长度为4,所以该共用体以4来对齐。该共用体的长度取决于字符c2,其长度为9,9不是4的倍数,要进行对齐,因此实际分配的存储空间为12.
  struct data2
  {
     int         i;
     char      c1;
     char      c2[9];
   };
    sizeof(struct data2)的值为16,与上面共用体一样,该结构体以4对齐。按照存储大小,该结构体所占存储空间为:4+1+9=14,14不是4的倍数,进行对齐,对齐后的值为16.
 
示例3:

   Union data3

 {
   char    c1;
  char    c2[3];  
 };

   sizeof(union data3)的值为3,该共用体占内存空间最大的基本数据类型为chart,其长度为1,所以该共用体以1来对齐。该共用体的长度取决于字符c2,其长度为3,因此分配的存储空间为3.
  struct data3
  {
     char      c1;
     char      c2[2];
   };
    sizeof(struct data3)的值为3,与上面共用体一样,该结构体以1对齐。按照存储大小,该结构体所占存储空间为:1+2=3字节。
 示例4:
 struct inner
 {
   char       c1;
   double   d;
   char      c2;
 };
这个结构体显然是8字节对齐的,在给c1分配存储空间时,考虑到对齐,分配给c1的字节数就是8,然后给d分配8字节,最后给c2分配时,因为也要以8对齐,所以也分配了8个字节的存储空间。所以sizeof(struct inner)值为24.
如果是:
  struct inner
 {
   char       c1;
   char      c2;
   double   d;
 };
当然这个结构体也是以8字节对齐的,编译器编译程序时,给c1、c2分配存储空间没有必要各自给它们分配8字节,只要8字节就可以了。给d分配8字节,所以sizeof(struct inner)值为16.
  struct inner
 {
   char       c1;
   double   d;
   char      c2;
 };
 
  union data4
   {
      struct   inner t1;
      int            i;
      char         c;
    };
  由于data4共用体中有一个inner结构体,所以最大的基本数据类型为double,因此以8字节对齐。共用体的存储长度取决于t1,而t1长度为24,因此sizeof(union data4)的值为24.
 struct inner
 {
   char       c1;
   double   d;
   char      c2;
 };
 
  struct data4
   {
      struct   inner t1;
      int            i;
      char         c;
    };
 data4结构体中有一个inner结构体,所以以8对齐,变量i和c共分配8字节就可以了,因此sizeof(struct data4)的值为32.
 示例5:
 struct  data
  {
      int       a;
      long    b;
      double  c;
      float     d;
      char     e;
      short    f;
   }d;
 这个结构体所占的字节数是多少呢?这里假设long所占字节数为4字节,short占2字节。这个结构体与示例4中第二个struct inner类似。首先这个结构体是以8字节对齐的,因为最长基本数据类型为double,它占8字节,d、e、f、总和为7个字节。分配存储空间时,成员a和b各分配4字节,d分配4字节,f分配2字节,e也分配2字节。d、e、f总和刚好占8个字节,所以sizeof(struct data)值为24.
struct  data
  {
      int       a;
      long    b;
      double  c;
      float     d;
      char     e[3];
      short    f;
   }d;
 sizeof(struct data)值为32.
例1:对于一个频繁使用的短小函数,在C语言中最好用什么实现?
   答:最好用宏定义,这样可以节省调用函数的开销,效率最高。
例2:已知一个数组table,写一个宏定义,求出数组的元素个数
   答:#define NTBL   (sizeof(table)/sizeof(table[0]))
  对于数组,sizeof(table)获取数组的总长度,而sizeof(table[0])是数组第一个元素所占的长度。当然若是可以用strlen()函数也行。
例3:给定结构
  struct A
   {
      unsigned short t:4;
      unsigned short k:4;
      unsigned short i:8;
      unsigned long m;
    };
问sizeof(A)的值。
程序分析:unsigned short 一般占2个字节,unsigned long一般占4个字节,结构体A以4字节对齐,A中成员t、k、i共占4+4+8=16位,由于要内存对齐,实际那三个成员共占32位即4字节,成员m占4字节,因此sizeof(A)=8.
例4:求函数返回值,输入x=9999
 int func(int x)
  {
     int count=0;
     while(x)
          {
             count ++;
             x=x&(x-1);
           }
       return count;
   }
程序分析:这是统计9999的二进制形式中有多少个1的函数。9999=9*1024+512+256+15,2*1024的二进制表示中含有1的个数为2;512的二进制表示中含有1的个数为1;256的二进制表示中含有1的个数为1;15的二进制表示中含有1的个数为4;故共有1的个数为8,结果为8 。1000(2)-1(2)=0111(2),正好是原数取反,用这种方法来求1的个数是高效率的。
例5:已知运行这个程序的主机中数据类型long占8字节,请分析程序的运行结果。
    #include
    int main()
    {
       struct data
          {
              long l;
              char *s;
             short int  i;
              char    c;
              short int  a[5];
 
            }d;
           struct data *p=&d;
          printf("%d\n",sizeof(d));
          printf("%x\t%x\n",p,p+1);
          printf("%x\t%x\n",p,(char *)p+1);
          printf("%x\t%x\n",p,(long *)p+1);
       return 0;
     }
 运行结果:
        32
        bffff60     bffff80
        bffff60     bffff61
        bffff60     bffff64
 程序分析:struct data以8个字节对齐,long类型的成员1分配8个字节。s、i、c、a原本分别占4、2、1、10个字节。由于考虑到对齐,s分配4个字节,i分配2个字节,c分配2个字节,此时刚好用完8个字节。a原本分配10个字节,由于考虑到对齐,要使整个结构体所占的存储空间是8的倍数,所以分配给它16个字节。因此结构体data占8+4+4+2+16=32个字节。
  第二条printf语句,p+1中的加1并不是加1个字节,而是1个struct data的长度,16进制下,bffff60+20(十进制数32以十六进制数表示是20)=bffff80.
  第三条printf语句,p+1中的加1,由于对指针p进行了强制类型转换,使p指向char类型的数据,此时的加1就是加上1个char类型的长度,因此p+1的输出是bffff61.
  第四条语句分析与第三条类似。
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