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机器、数据类型、内存对齐与内存分布

86234 想了解机器、数据类型、内存对齐与内存分布相关的知识点？在这里我将为你详细解答每一个概念。

1、基础成员大小

在不同机器上，编译器处理基础类型占用内存字节不尽相同。通常的系统环境下的数据类型如下表所示：

需要注意的是，实际项目中可以直接使用操作符 sizeof 来确定数据类型的大小。

2、内存对齐的必要性

CPU 并非按字节为单位访问内存，而是按n（n > 1）个字节为整体访问。32位或64位的CPU都会以固定字节为单位进行内存访问。

核心原因：

示例解释：

假设要访问一个4字节的 int 类型变量，当 int 类型数据放在奇数地址时，会占用到下一个4字节的地址区间。这样 CPU 避免了两次访问内存，提高了效率。

内存对齐是编译器的默认行为，但在实际使用中需谨慎对齐，否则可能影响数据正确性。

3、联合体（共用体）的大小

联合体也是称为 共用体，其大小不是所有成员的总和，而是满足以下条件的最小值：

• 大于等于最大成员的大小
• 能够满足最宽基础类型成员大小的整数倍

示例：

union u{    int i;    char c;};

此联合体大小为 4字节，而不是 5字节。

另一个示例：

union u{    int i;    char c[10];};

最宽基础类型成员为 int（4字节），因此联合体大小为 12字节（4 × 3）。

4、二进制数据类型大小：32位环境

4.1 结构体成员起始地址偏移

我们需确保结构体成员的起始地址满足以下条件：

示例代码：

#include 
   
    union u{    char u_c1;    int u_i1;};struct A{    char c1;    short s1;    int i1;    char c2;    char *pc1;    union u u1;};struct B{    char c1;    short s1;    char c2;    int i1;    char *pc1;    union u u1;};struct C{    char c1;    char c2;    short s1;    int i1;    char *pc1;    union u u1;};int main() {    struct A a;    struct B b;    struct C c;    printf("sizeof a : %lu\n", sizeof(a));    printf("a.c1 addr: %p\n", &a.c1);    // ... 其他地址输出    return 0;}
   

输出结果显示，虽然 struct A 和 struct B 成员相同，但内存对齐导致结构体大小不同。

4.2 以最宽基础类型成员为对齐值

struct D{    char c1;    short s1;    double d1;    char c2;};struct E{    char ch1;    char ch2[2];    char ch3[3];};

struct D 以 double（8字节）为对齐值，总大小为24字节；struct E 将 ch1、ch2 和 ch3 转换为按字节对齐。

4.3 结构体包含结构体

struct F{    int i1;    double d1;};struct G{    char c1;    struct F f1;};

struct F 内部以 double 为对齐值，大小为16字节。struct G 以 double 为对齐值，总大小为24字节。

4.4 自定义内存对齐值#pragma pack

我们可以自定义内存对齐值：

#pragma pack(push)#pragma pack(4)struct H{    char c1;    short s1;    double d1;    char c2;};#pragma pop

通过#pragma pack 调整对齐值，以满足特定需求。

4.5 位域

在C语言中，可以使用位域来定义独立的位：

struct I{    int i1:3;    int i2:4;    int i3:5;};

struct I 总大小为4字节，位域用于低级编程和按位操作。

结语

以上内容涵盖了内存对齐、数据类型大小、联合体、结构体以及自定义对齐等核心内容。理解这些知识点是掌握C语言内存管理的基础。

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