如何计算结构体大小

运算符sizeof可以计算出给定类型的大小，对于32位系统来说，sizeof(char) = 1; sizeof(int) = 4。基本数据类型的大小很好计算，我们来看一下如何计算构造数据类型的大小。

C语言中的构造数据类型有三种：数组、结构体和共用体。

数组是相同类型的元素的集合，只要会计算单个元素的大小，整个数组所占空间等于基础元素大小乘上元素的个数。

结构体中的成员可以是不同的数据类型，成员按照定义时的顺序依次存储在连续的内存空间。和数组不一样的是，结构体的大小不是所有成员大小简单的相加，需要考虑到系统在存储结构体变量时的地址对齐问题。看下面这样的一个结构体：

ST ruct stu1

{

int i;

char c;

int j;

}；

先介绍一个相关的概念——偏移量。偏移量指的是结构体变量中成员的地址和结构体变量地址的差。结构体大小等于最后一个成员的偏移量加上最后一个成员的大小。显然，结构体变量中第一个成员的地址就是结构体变量的首地址。因此，第一个成员i的偏移量为0。第二个成员c的偏移量是第一个成员的偏移量加上第一个成员的大小（0+4）,其值为4；第三个成员j的偏移量是第二个成员的偏移量加上第二个成员的大小（4+1）,其值为5。

实际上，由于存储变量时地址对齐的要求，编译器在编译程序时会遵循两条原则：一、结构体变量中成员的偏移量必须是成员大小的整数倍（0被认为是任何数的整数倍）二、结构体大小必须是所有成员大小的整数倍。

对照第一条，上面的例子中前两个成员的偏移量都满足要求，但第三个成员的偏移量为5，并不是自身(int)大小的整数倍。编译器在处理时会在第二个成员后面补上3个空字节，使得第三个成员的偏移量变成8。

对照第二条，结构体大小等于最后一个成员的偏移量加上其大小，上面的例子中计算出来的大小为12，满足要求。

再看一个满足第一条，不满足第二条的情况

struct stu2

{

int k;

short t;

}；

成员k的偏移量为0；成员t的偏移量为4，都不需要调整。但计算出来的大小为6，显然不是成员k 大小的整数倍。因此，编译器会在成员t后面补上2个字节，使得结构体的大小变成8从而满足第二个要求。由此可见，大家在定义结构体类型时需要考虑到字节对齐的情况，不同的顺序会影响到结构体的大小。对比下面两种定义顺序

struct stu3

{

char c1;

int i;

char c2;

}

struct stu4

{

char c1;

char c2;

int i;

}

虽然结构体stu3和stu4中成员都一样，但sizeof(struct stu3)的值为12而sizeof(struct stu4)的值为8。

如果结构体中的成员又是另外一种结构体类型时应该怎么计算呢？只需把其展开即可。但有一点需要注意，展开后的结构体的第一个成员的偏移量应当是被展开的结构体中最大的成员的整数倍。看下面的例子：

struct stu5

{

short i;

struct

{

char c;

int j;

} ss;

int k;

}

结构体stu5的成员ss.c的偏移量应该是4，而不是2。整个结构体大小应该是16。

如何给结构体变量分配空间由编译器决定，以上情况针对的是Linux下的GCC。其他平台的C编译器可能会有不同的处理。

内存对齐节约内存

许多实际的计算机系统对基本类型数据在内存中存放的位置有限制，它们会要求这些数据的首地址的值是某个数k(通常它为4或8)的倍数，这就是所谓的内存对齐，而这个k则被称为该数据类型的对齐模数(alignment modulus)。当一种类型S的对齐模数与另一种类型T的对齐模数的比值是大于1的整数，我们就称类型S的对齐要求比T强(严格)，而称T比S弱(宽松)。这种强制的要求一来简化了处理器与内存之间传输系统的设计，二来可以提升读取数据的速度。比如这么一种处理器，它每次读写内存的时候都从某个8倍数的地址开始，一次读出或写入8个字节的数据，假如软件能保证double类型的数据都从8倍数

地址开始，那么读或写一个double类型数据就只需要一次内存操作。否则，我们就可能需要两次内存操作才能完成这个动作，因为数据或许恰好横跨在两个符合对齐要求的8字节内存块上

三个原则：

1) 结构体变量的首地址能够被其最宽基本类型成员的大小所整除；

2) 结构体每个成员相对于结构体首地址的偏移量（offset）都是成员大小的整数倍，如有需要编译器会在成员之间加上填充字节（internal adding）；

3) 结构体的总大小为结构体最宽基本类型成员大小的整数倍，如有需要编译器会在最末一个成员之后加上填充字节（trailing padding）

另外还可以用

＃prgam pack(n)来指定偏移量的大小，n为字节对齐数，其取值为1、2、4、8、16，默认是8，如果这个值比结构体成员的sizeof值小，那么该成员的偏移量应该以此值为准，即是说，结构体成员的偏移量应该取二者的最小值。

比如：对32位机器，指针大小为4

struct P1 { int a; char b; int c; char d; }; //16

struct P2 { int a; char b; char c; int d; }; //12

struct P3 { short a[3]; char b[3]; }; //10

struct P4 { short a[3]; char *b[3]; }; //20

struct P5 { struct P2 *a; char b; struct P1 c[2]; }; // 40

而：

struct P6 { int a; int b; char c; char d; }; //12

struct P7 { int a; char b; char c; int d; }; //12

struct P8 { short a[3]; char b[3]; }; //10

struct P9 { char *b[3]; short a[3]; }; //20

struct P10 { struct P2 *a;struct P6 c[2]; char b; }; // 32

所以为了节约内存，一个简单的解决方法是：结构体的成员排序应该是从大到小