C语言基础：结构体对齐规则与0字节数组

梦里梦外; 2023-03-04 09:16 19阅读 0赞

# C语言基础：结构体对齐规则与0字节数组 #

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*  不同的编译器和系统默认的对齐规则会有差异，这里我使用的win32的MinGW
 *  C语言结构体一般是默认四字节对其的。

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### 结构体对其规则 ###

一般的，C语言结构体默认是以4字节对其方式，以此默认4字节为依据，结构体对其规则有以下三项：

*  规则一：struct内的第一个成员在偏移地址0处，随后成员的偏移地址在其**本身类型大小**整数倍处
 *  规则二：struct的总大小为内部最大成员类型的整数倍
 *  规则三：当A结构内含有结构B时，B在A中的偏移地址为**B结构内最大元素类型的大小**的整数倍

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**示例1：**

#include <stdio.h>
    #include <stdlib.h>
    #include <stdint.h>
    
    #define debug_printf(value) printf(#value " ---==> %d\n", value)
    
    #define struct_member_offset(struct, member) (((char *)(&(((struct *)0)->member))) - ((char *)0))
    
    typedef struct
    { 
    	uint8_t  a;    // 偏移地址0
    	uint32_t b;    // 偏移地址4
    	uint8_t  c;    // 偏移地址8
    	uint8_t  d;    // 偏移地址9
    }test_t;
    
    int main()
    { 
    	int a = struct_member_offset(test_t, a);
    	int b = struct_member_offset(test_t, b);
    	int c = struct_member_offset(test_t, c);
    	int d = struct_member_offset(test_t, d);
    	debug_printf(sizeof(test_t));
    	debug_printf(a);
    	debug_printf(b);
    	debug_printf(c);
    	debug_printf(d);
    	return 0;
    }

**输出结果：**  
![20200803090449600.png][]  
**解析：**

*  a为第一个成员在偏移地址0处
 *  b成员类型为无符号整形占用四字节，根据规则一b要对齐到4字节地址处，所以偏移地址为4，相当于在a成员后面补齐了3字节，不过这补齐的3个字节没用到
 *  c和d成员大小都为1字节，根据规则一要对齐到1字节，所以c偏移为9，d偏移为10
 *  四个成员目前所占用的空间加起来是10字节，但是！此时还没完！根据规则二结构体的总大小为结构内最大成员的整数倍，test\_t这个结构内最大成员是b占用4字节，所以10字节还要补齐2字节去对齐4字节，所以sizeof(test\_t)=12。

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**示例二：**

现在将d成员改为uint64类型：

typedef struct
    { 
    	uint8_t  a;
    	uint32_t b;
    	uint8_t  c;
    	uint64_t  d;
    }test_t;

**输出结果：**  
![dea5d92cb38546d9baf7bf8c25ae0dcb.png][]

**还是根据规则解析：**

*  a在偏移地址0处
 *  b在4处
 *  c在8处
 *  abc所占用的空间为9个字节，d为uint64类型占8个字节，所以要对齐到8字节处，也就是偏移地址16处，相当于c成员后补齐了7字节。
 *  目前四个成员所占用的空间为24字节，24是d类型的倍数大小，所以sizeof(test\_t)=24

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**示例三：**  
现在将结构改为如下，多了一个数据

typedef struct
    { 
    	uint8_t  a;
    	uint32_t b;
    	uint8_t c[3];
    	uint8_t  d;
    	uint64_t  e;
    }test_t;

**输出结果：**  
![202008030925112.png][]  
**c成员为3字节，占用偏移地址8,9,10三个空间，所以总大小还是24。**

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**示例四：**  
将结构改为如下，现在test\_t结构内包含结构sub\_t。

typedef struct
    { 
    	uint8_t sub_a;
    	uint32_t sub_b;
    }sub_t;
    
    typedef struct
    { 
    	uint8_t  a;
    	uint32_t b;
    	sub_t c;
    	uint8_t  d;
    	uint64_t  e;
    }test_t;

**输出结果：**  
![20200803093431314.png][]

**解析：**

*  根据规则一和二解析sizeof(sub\_t)=8字节
 *  根据规则三确定sub\_t在test\_t中的偏移地址肯定是4的整数倍处，所以c这个结构成员偏移地址为8
 *  d偏移地址为17
 *  e偏移地址为24
 *  sizeof(test\_t)=32

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### 字节为0的数组与结构体 ###

**先看一下0字节数组的大小：**

int main()
    { 
    	int array[0];
    	debug_printf(sizeof(array));
    	return 0;
    }

**输出结果：**

sizeof(array) ---==> 0

**说明0字节数据占用空间为0，那么看下面这个例子：**

#include <stdio.h>
    #include <stdlib.h>
    #include <stdint.h>
    
    #define debug_printf(value) printf(#value " ---==> %d\n", value)
    
    #define struct_member_offset(struct, member) (((char *)(&(((struct *)0)->member))) - ((char *)0))
    
    typedef struct
    { 
    	uint8_t  a;
    	uint32_t b;
    	uint8_t  c;
    	uint64_t  d[0];
    }test_t;
    
    int main()
    { 
    	int a = struct_member_offset(test_t, a);
    	int b = struct_member_offset(test_t, b);
    	int c = struct_member_offset(test_t, c);
    	int d = struct_member_offset(test_t, d);
    	debug_printf(sizeof(test_t));
    	debug_printf(a);
    	debug_printf(b);
    	debug_printf(c);
    	debug_printf(d);
    	return 0;
    }

**输出结果：**  
![20200803113052716.png][]  
**！！奇怪的问题出现了！！**

**但道理说d成员占用空间为0，sizeof(test\_t)应该是12才对，但是sizeof(test\_t)却是16！！**

**原因：d成员虽然占用空间为0，但是他是uint64类型的，结构体的总大小是按照内部最大成员进行对齐的！test\_t对齐到了8字节，所以sizeof(test\_t)的大小为16字节！**

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ends…

[20200803090449600.png]: /images/20230208/3aae1233789046b288dede69a768c3e0.png
[dea5d92cb38546d9baf7bf8c25ae0dcb.png]: /images/20230208/aaed68822b904778aedcf46c4ea1fbc7.png
[202008030925112.png]: /images/20230208/564ea8164ce8478482b356fcde175618.png
[20200803093431314.png]: /images/20230208/b8a9175c29a34fefbaba3b3b8c26d03d.png
[20200803113052716.png]: /images/20230208/4cde0bb86ab741b69867ecbb1ec9d98d.png