【C语言结构体联合体】字节对齐与字节大小计算

一、结构体的字节对齐与字节大小计算
1.1 结构体字节对齐的规则
1.2 示例解释
1.3 结论

二、联合体的字节对齐与字节大小计算
2.1联合体的对齐规则:
2.2 示例解释
2.2.1 实例1
2.2.2实例2
2.3 总结

三、结构体对齐基本规则

✨注意✨：先进行字节对齐，然后进行所占字节大小的计算。

一、结构体的字节对齐与字节大小计算

结构体字节对齐，以最长的那个为标准？

不是总是以最长的成员为标准，而是根据编译器的默认规则和对齐原则。以下是具体规则：

1.1 结构体字节对齐的规则

成员的对齐：
每个成员按照其类型大小对齐，例如：
- char 对齐到 1 字节边界。
- short 对齐到 2 字节边界。
- int 和 float 对齐到 4 字节边界。
- double 对齐到 8 字节边界。
整体的对齐：
结构体的总大小必须是其最长对齐成员大小的倍数（或编译器指定的对齐参数）。
填充字节：
为了满足上述对齐规则，编译器会在必要时插入填充字节。

如果这没看懂，移步第三部分。

1.2 示例解释

typedef struct 
{
    short a;  // 2 字节
    char b;   // 1 字节
    int c;    // 4 字节
} Example;

对齐分析：
- a 对齐到 2 字节边界，占 2 字节。s
- b 紧接 a，但 char 对齐到 1 字节，仍占用 1 字节，编译器插入 1 字节填充。
- c 对齐到 4 字节边界，占 4 字节。
总大小：
- 成员占用：2 + 1 + 1（填充） + 4 = 8 字节。
- 总大小满足 4 字节对齐，所以结果为 8 字节。

1.3 结论

字节对齐通常与最长的成员大小相关，但并非总是直接等于它，还取决于成员的顺序和编译器的设置。

二、联合体的字节对齐与字节大小计算

联合体（union）的字节对齐规则与结构体类似，但稍有不同，关键点如下：

2.1 联合体的对齐规则：

所有成员共享同一块内存：
联合体的大小由最大成员的大小决定，因为所有成员都存储在同一块内存中。
对齐按最大成员的对齐要求：
联合体的对齐方式是其最大成员的对齐要求（字节边界）。编译器会根据这个要求插入填充字节，使联合体的大小满足对齐要求。
总大小是最大对齐单位的倍数：
为了确保对齐，联合体的总大小会向上取整，成为最大对齐单位的倍数。

2.2 示例解释

2.2.1 实例1

typedef union {
    char a;       // 1 字节
    int b;        // 4 字节
    double c;     // 8 字节
} ExampleUnion;

对齐分析：
- 成员 a 需要 1 字节对齐，占 1 字节。
- 成员 b 需要 4 字节对齐，占 4 字节。
- 成员 c 需要 8 字节对齐，占 8 字节。
联合体大小：
- 最大成员 c 占用 8 字节，且对齐要求为 8 字节。
- 联合体的大小为 8 字节（无额外填充，因为已经满足 8 字节对齐）。

2.2.2 实例2

再看一个复杂点的例子：

typedef union {
    short a;       // 2 字节
    char b[3];     // 3 字节
    int c;         // 4 字节
} ExampleUnion2;

对齐分析：
- 成员 a 需要 2 字节对齐，占 2 字节。
- 成员 b[3] 需要 1 字节对齐，占 3 字节。
- 成员 c 需要 4 字节对齐，占 4 字节。
联合体大小：
- 最大成员是 c，占 4 字节，对齐要求为 4 字节。
- 联合体的大小为 4 字节（不需要额外填充）。

2.3 总结

对于联合体：

大小 = 最大成员的大小（加上必要的填充以满足对齐）。
对齐单位 = 最大成员的对齐要求。

三、结构体对齐基本规则

https://blog.csdn.net/qq_44443986/article/details/110082316

基本规则

规则1 ：数据成员对齐规则

结构体（struct）的数据成员，第一个数据成员放在offset为0的地方，以后每个数据成员存放在offset为该数据成员大小的整数倍的地方。所以存在当前填充，确保下一位没错位。

比如int在32位机为４字节，则要从4的整数倍地址开始存储。

规则2：结构体大小规则

结构体的总大小必须是其内部最大成员大小的整数倍。如果不是，编译器会在结构体末尾添加填充字节（padding）以满足这一规则

结构体的总大小，也就是sizeof的结果，必须是其内部最大成员的整数倍，不足的要补齐。

规则3：嵌套结构体对齐规则

如果一个结构体B里嵌套另一个结构体A，则结构体A应从offset为A内部最大成员的整数倍的地方开始存储。

struct B里存有struct A，A里有char，int，double等成员，那A应该从8的整数倍开始存储。结构体A中的成员的对齐规则仍满足原则1、原则2。
不是直接将结构体A的成员直接移动到结构体B中;

·
·
由于存储变量地址对齐的问题，计算结构体大小的3条规则：

1、结构体变量的首地址，必须是结构体变量中的“最大基本数据类型成员所占字节数”的整数倍。（对齐）
2、结构体变量中的每个成员相对于结构体首地址的偏移量，都是该成员基本数据类型所占字节的整数倍。（对齐）
3、结构体变量的总大小，为结构体变量中“最大基本数据类型成员所占字节数”的整数倍（补齐）