C++如何计算结构体与对象的大小

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时间:2021-06-03
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如何计算结构体的大小

其实计算一个结构的大小的方法并不难,简单来说就是把结构体内的所有成员的大小相加就可以。但是,需要内存对齐那么究竟什么是内存对齐,又为什么要进行类型对齐呢?

结构体的内存对齐

结构体内存对齐主要有两个步骤:

1.结构体各成员对齐.
2.结构体总体对齐

结构体内存对齐规则:

1.结构体的第一个成员在存放在结构体偏移量为0的位置
2.其他成员变量要对齐到某个数字(对齐数)的整数倍的地址处。.

对齐数 = 编译器默认的一个对齐数与该成员大小的较小值。
/*
**VS中默认的值为8
**Linux中的默认值为4
*/

3.结构体总大小为最大对齐数(每个成员变量都有一个对齐数)的整数倍。

4.如果嵌套了结构体的情况,嵌套的结构体对齐到自己的最大对齐数的整数倍处,结构体的整体大小就是所有最大对齐数(含嵌套结构体的对齐数)的整数倍。

说了这么多,我们直接在VS环境下举几个例子给大家说明一下:

例1:

struct S1
{
 char c1;
 int i;
 char c2;
};

(1)计算这个结构体的大小的时候,首先看c1的大小是1(char类型),也即是说在结构体中c1存放的位置是结构体偏移量是0的位置

(2)接下来看i占4个字节,根据结构体对齐规则可知,c的有效对齐值为4(4 < 8)对齐到4的整数倍地址,即地址偏移量为4处.(40的位置存放了c1,所以只能从41的位置开始存放)

(3)同(2)得出c2的存储位置是8

(4)此时内存中共有9个字节,进行结构体整体对齐,最大对齐数是4,即要求是4的整数倍,也就是12

C++如何计算结构体与对象的大小

例2:

struct S1
{
	char c1;
	int i;
	char c2;
};
struct S2
{
	char a1;
	struct S1 s1;
	int i;
};

上面我们知道S1的大小是12,现在我们计算一下S2的大小:

(1)a1占一个字节,放在结构体变量偏移量为0 的地址处.

(2) s1占12个字节,对齐数位4(嵌套的结构体对齐到自己的最大对齐数的整数倍处,S1的最大对齐数是4),40处存放了a1,所以只能从41处开始存放

(3)i占了4字节,对齐数为4,s1一直存放到了15的位置,所以i只能从4*5 = 20的位置开始存储

(4)现在内存中共有20个字节,成员中最大对齐数是4,整体对齐时为4的倍数,所以结果是20

C++如何计算结构体与对象的大小

注意:默认对齐参数是可以用#pragma pack()设置的,例如下面的这个例子

#include <stdio.h>
#include <Windows.h>
#pragma pack(8)//设置默认对齐数为8
struct S1
{
	char c1;
	int i;
	char c2;
};
#pragma pack()//取消设置的默认对齐数,还原为默认
#pragma pack(1)//设置默认对齐数为1
struct S2
{
	char c1;
	int i;
	char c2;
};
#pragma pack()//取消设置的默认对齐数,还原为默认
int main()
{
	//输出的结果是什么?
	printf("%d\n", sizeof(struct S1));
	printf("%d\n", sizeof(struct S2));
	system("pause");
	return 0;
}

C++如何计算结构体与对象的大小

为什么存在内存对齐

1.平台原因(移植原因): 不是所有的硬件平台都能访问任意地址上的任意数据的;某些硬件平台只能在某些地址处取某些特定类型的数据,否则抛出硬件异常。

2. 性能原因: 数据结构(尤其是栈)应该尽可能地在自然边界上对齐。 原因在于,为了访问未对齐的内存,处理器
需要作两次内存访问;而对齐的内存访问仅需要一次访问

如何计算一个对象的大小

其实在C++中,结构体和类可以认为是相同的,只是默认的访问权限不同(struct默认是public,class默认是private ),从这方面来看的话,其实计算一个类/对象的大小的方法和计算结构体的大小的方法是一样的。
我们来验证一下:

#include <iostream>
using namespace std;

struct A
{
	int a;
	char b;
	char c;
};
class B
{
	int a;
	char b;
	char c;
};

int main()
{
	cout << sizeof(A) << endl;
	cout << sizeof(B) << endl;
	system("pause");
	return 0;
}

C++如何计算结构体与对象的大小

可以看到,我们对结构体A和类B计算大小是一样的。

总结

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