为什么C语言中的结构体的size,并不等 [复制链接]

结构体在C语言程序开发中，是不可或缺的语法。不过，相信不少C语言初学者遇到过这样的问题：为什么结构体的size有时不等于它的所有成员的size之和呢？

C语言结构体大小等于它的所有成员大小之和吗？

举例来说，假设有结构体，它的C语言代码如下，请看：

structx{shorts;inti;charc;};

我们继续编写C语言代码，依次输出成员s，i，c占用内存空间的大小，相关代码很简单，请看：

structxt;printf(%lu%lu%lu\n,sizeof(t.s),sizeof(t.i),sizeof(c));

编译并执行这段C语言代码，得到如下输出：

#gcct.c#./a.out

那么按理说，结构体x占用的内存空间应该等于2+4+1=7字节，但是似乎实际结果与我们的预期并不一致：

printf(%lu\n,sizeof(t));

上面这行C语言代码输出的结果是12！这是怎么回事呢？

解析

程序输出的结果与我们的预期不一致，原因在于“对齐机制”。如果将结构体x看作是一个容器，鉴于成员s，i，c的长度参差不齐，C语言编译器不得不“填充”一些额外的空间，以满足“对齐机制”。

数据结构是否对齐不仅影响C语言程序的性能，有时甚至还会带来意想不到的错误，例如访问未对齐的数据，可能会导致硬件方面的问题（SIGBUS，总线错误），导致性能下架，以及破坏一些操作的原子性等并发安全保障。

所以，C语言编译器在处理结构体时，如果没有特别的指定，一般都会填充一些字节，以确保不违背对齐机制。以上面的结构体x为例，初学者可能会认为它的成员在内存中的布局如下：

但是，如果编译器按照下面布局，处理器访问之将更加方便：

不过，这样排列结构体x的成员，会空出一些空间，对于处理器来说，小心的跳过这些空间还是有些麻烦，于是大多数C语言编译器都会像下面这样填充空穴：

这样一来，整个结构体x占用内存的空间，其实就是成员i占用空间的3倍了，也即12字节。

事实上，我们可以通过排列结构体x成员的顺序，来优化其占用内存的大小，例如：

小结

本节主要讨论了C语言中结构体大小并不一定等于它所有成员大小之和的原因，应该注意，结构对齐在C语言标准中是implementationdefined，不同的C语言编译器可能选择不同的数据对齐方式，从而导致不同和不兼容的数据布局。因此，在使用不同编译器开发C语言程序时，了解编译器是如何对齐数据是很重要的。

一些编译器可以指定结构对齐的方式，例如#pragma语句。

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