結構體（或者聯合體）變量的成員在內存裏是如何分佈的

1.概述

結構體變量的成員在內存裏是如何分佈的、成員前後順序是怎樣的、成員之間是連續的仍是分散的、仍是其餘的什麼形式？這些問題既和軟件相關又和硬件相關。所謂軟件相關主要是指和具體的編程語言的編譯器的特性相關，編譯器爲了優化CPU訪問內存的效率，在生成結構體成員的起始地址時遵循着某種特定的規則，這就是所謂的 結構體成員「對齊」；所謂硬件相關主要是指CPU的「字節序」問題，也就是大於一個字節類型的數據如int類型、short類型等，在內存中的存放順序，即單個字節與高低地址的對應關係。

2.分佈規則

（1）爲了提升CPU訪問內存的效率，程序語言的編譯器在作變量的存儲分配時進行了優化處理，處理的原則是：對於n字節的元素，它的首地址能被n整除，這種原則稱爲「對齊」。

（2）結構體（聯合體）的成員所佔內存地址依次增高，第一個成員位於低地址處，最後一個成員位於高地址處，可是結構體成員的內存並非連續的，編譯器會對成員作上述「對齊」處理。

（3）一般編譯器能夠設置一個對齊參數n，結構體中每一個成員實際對齊參數N根據N=min(sizeof(成員類型)，n)來獲得。結構體成員的內存偏移地址x，知足條件x%N=0。

（4）結構體全部成員的對齊參數N的最大值稱爲結構體的對齊參數。整個結構的長度必須是結構體對齊參數的最小整數倍，不夠補0。

簡單來講：

1）結構體的起始地址爲x，x%sizeof(結構體)=0。

2）結構體每一個成員相對於起始地址偏移地址y，y%N=0。

3）結構體長度等於結構體對齊參數的最小整數倍。

注：編譯器對齊參數能夠經過指令控制，例如#param pack(2)兩字節對齊。vs2010IDE還能夠經過"項目屬性"->"C/C++"->"代碼生成"->「結構成員對齊」來設置。編譯器默認對齊參數爲8個字節。

例：

struct A
{
    char      c;   //1byte
    double    d;   //8byte
    short     s;   //2byte
    int       i;   //4byte
};
int main(int argc, char*argv[])
{
    A strua;
    printf("len:%d\n",sizeof(A));
    printf("%d,%d,%d,%d",&strua.c,&strua.d,&strua.s,&strua.i);
    return 0;
}

輸出結果爲：
len：24
1506156,1506164,1506172,1506176

3.特殊成員

（1）結構體成員爲數組時，是將數組的每一個元素當一個成員來分配，並非將整個數組當成一個成員來對待。其餘成員的分配規則按照上述規則。

（2）當結構體成員是位段時，存儲是按其類型分配空間的，如int型的位段就分配4個字節的存儲單元。相鄰的同類型的兩個位段，若是該類型的長度夠用，就將兩位段連續存放，共用存儲單元，若是不夠用，就另起一個該類型長度的存儲空間。相鄰的不一樣類型的兩個位段，分別爲這兩個位段分配它們所屬類型長度的存儲空間。其餘成員的分配規則按照上述規則。

1）例1：

struct bit  
{  
    int a:3;
    int b:2;
    int c:3;
};
int main(int argc,char* argv[])    
{    
    bit s;    
    char *c = (char*)&s;    
    *c = 0x99;    
    cout<<s.a<<endl<<s.b<<endl<<s.c<<endl;  
    return 0;    
}

輸出結果：  1   -1   -4  

分析：

hex    0x99

bin    100  11   001

            c      b       a

地址   高   -->     低

cpu爲小端模式，高位比特存儲在高地址中，低位比特存儲在低地址中。並且計算機中存儲的是數的補碼形式。

2）例2：

struct   bit  
{  
    char   a:5;
    char   b:4;
    char   c:7;
};
int main(int argc,char* argv[])    
{    
    bit s;    
    int *c = (int*)&s;    
    *c = 0x99E00000;    
    cout<<sizeof(bit)<<endl<<(int)s.a<<endl<<(int)s.b<<endl<<(int)s.c<<endl;  
    return   0;    
}

輸出結果：3 0 0 -32

hex    0x99          0xE0         0x00           0x00

bin   10011001  11100000  00000000  00000000

 

                                  c                   b                a

 

地址      高                    -->                       低