包含双字段的结构的大小

Question

首先，我了解结构中的字节填充。但是我仍然有一个小测试在结构中包含一个双字段，我不知道如何解释：

typedef struct {
    char a;
    double b;
}data;

typedef struct{
    char a;
    int b;
}single;

int main(){
    printf("%d\n",sizeof(double));
    printf("%d\n",sizeof(single));
    printf("%d\n",sizeof(data));
}

通过这次测试，答案是：88 和16。

为什么这个结果让我思考？

通过第二次测试，我们可以看到我机器上的字大小是 4 个字节。

通过第一次测试，我们可以看到 double 的大小是 8 个字节。

所以，在结构 data 处：结果应该是 12 个字节：char 为 4 个字节，double 为 8 个字节。

但是，我不知道为什么结果是 16 个字节。 （对我来说很奇怪）

请给我解释一下，谢谢:)

Answer 1

通常用于在结构中布置数据的过程基本上是这样的：

• 设置偏移量 = 0。
• 对于结构中的每个成员：假设 A 为其对齐要求（例如，1、2、4 或 8 个字节，可能更多）。将使其成为 A 的倍数所需的字节数添加到 Offset。（假设 A 是 2 的幂，这可以使用 Offset += -Offset & A-1 来完成，假设否定的二进制补码。）将 Offset 的当前值分配给成为该成员的偏移量。将成员的大小添加到 Offset。
• 处理完所有成员后：令 A 为任何成员的最大对齐要求。将需要的字节数添加到 Offset 以使其成为 A 的倍数。Offset 的最终值是结构的大小。

正如 Earnest Friedman-Hill 所说，最后一步将填充添加到结构的末尾，以便在它们的数组中，每个结构都以所需的对齐方式开始。

因此，对于像struct { char c; double d; int32_t i; } 这样的结构，在典型实现中，您有：

• 将偏移设置为 0。
• char 需要对齐 1，因此 Offset 已经是 1 的倍数（0•1 为 0）。将 c 放在这个偏移量 0 处。将 c 的大小 1 添加到 Offset 中，使其为 1。
• double 需要对齐 8，因此将 7 添加到 Offset，使其成为 8。将 d 放在此偏移处，8。将 d 的大小，8，添加到 Offset，使其成为 16。
• int 需要对齐 4，因此 Offset 已经是 4 的倍数（4•4 是 16）。将 i 放在这个偏移量 16 处。将 i 的大小 4 添加到 Offset 中，使其变为 20。
• 最后，需要的最大对齐是 8，所以在 Offset 上加 4，变成 24。这个结构的大小是 24 字节。

请注意，以上内容与机器的任何字长无关。它只使用每个成员的对齐要求。每种类型的对齐要求可以不同，也可以根据类型的大小不同，上述方法仍然有效。

（如果对齐要求不是 2 的幂，则算法会中断。这可以通过使最后一步将偏移量增加到所有对齐的最小公倍数的倍数来解决。）

Answer 2

你有什么奇怪的（或者我错过了什么）？

逻辑是一样的（填充是根据struct中的“最大”primitive字段（我的意思是-int、double、char等））

就像single，你有

1 (sizeof(char)) + 3 (padding) + 4 (sizeof(int))

data 也是一样的：

1 (sizeof(char)) + 
7 (padding, it's sizeof(double) - sizeof(char)) + 
8 (sizeof(double))

这是 16。

Answer 3

对齐取决于编译器，除非您使用编译器特定指令明确指定它。

变量不一定是字对齐的。有时它们是双字对齐以提高效率。在浮点的特殊情况下，它们可以对齐到更高的值，以便 SSE 可以工作。

Answer 4

编译器可能会将所有结构大小对齐为 8 的倍数

Answer 5

它是 16 个字节，因此如果您有一个 datas 数组，则 double 值都可以在 8 字节边界上对齐。在内存中正确对齐数据可以对性能产生很大影响。未对齐的数据操作起来可能会更慢，获取和存储的速度也会更慢。