结构体和共用体关于内存的分配问题

转自:http://blog.sina.com.cn/s/blog_66d760810100sfkz.html

结构体，共用体都讲究内存对齐，内存对齐的好处是cpu处理器运行的时候处理快点儿，也要看你是32位还是64位了，内存对齐的不好就是白白浪费了一些内存，但是相对而言，内存对齐还是有优势的。内存对齐主要是你把所有变量的内存画出来就一目了然了，注意，当一个字节的字符的时候谈不上对齐问题

 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：

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;

   char c2;

   double d;

 };

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<stdio.h>

    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。