格物致知 c语言字节数、对齐、补齐的小探索
写在前面
工作几年了，由于信奉陶渊明的
“好读书，不求甚解”
（其实是懒）
的思想，很多概念其实了解的很模糊，最近工作中遇到一个问题：“64位环境下，指针占多少个字节？”，信誓旦旦的回答了4个字节，说指针无论32位环境下还是64位环境下，均占4个字节。
结果，可以想象，测试结果悲剧了。。。
这里格物致知一下，写了几个小demo，清晰一下混淆了很久的概念。
注：这里仅提供32和64位环境的测试结果，其实还有16位等，环境不好找，暂时放弃。
基本数据类型字节数
32位环境下字节数
| char | bool | short int | int | long int | long long int | float | double | ptr | struct ptr |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 1 | 2 | 4 | 4 | 8 | 4 | 8 | 4 | 4 |
64位环境下字节数
| char | bool | short int | int | long int | long long int | float | double | ptr | struct ptr |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 1 | 2 | 4 | 8 | 8 | 4 | 8 | 8 | 8 |
上面的表格，已经描述了大部分的差异，这里进一步解释一下特殊情况：
- 上面的short int/long int/long long int中的int可以省略。
- c标准中，并没有强制规定short < int < long，而是short <= int <= long，因此并不是说int就一定是4个字节，实际上，某些资料上说，16位环境下sizeof(int) = sizeof(short) = 2。
- 对于指针来说，32位平台下，4字节，64位平台下，8字节。
有关心测试用例和测试结果的朋友可以看看下面。
#include <stdio.h> typedef struct tag_st
{ char b; short w; int dw;
} st; int main(int argc, char* argv[])
{ printf("char size = %d\n", sizeof(char)); printf("short size = %d\n", sizeof(short)); printf("int size = %d\n", sizeof(int)); printf("long size = %d\n", sizeof(long)); printf("long int size = %d\n", sizeof(long int)); printf("long long int size = %d\n", sizeof(long long int)); printf("float size = %d\n", sizeof(float)); printf("double size = %d\n", sizeof(double)); printf("ptr size = %d\n", sizeof(char*)); printf("struct ptr size = %d\n", sizeof(st*)); return 0;
}
32位平台结果
bennett@linux-hycc:~/WorkSpace/test> gcc test.c -o test -m32
bennett@linux-hycc:~/WorkSpace/test> ./test
char size = 1
bool size = 1
short int size = 2
int size = 4
long int size = 4
long long int size = 8
float size = 4
double size = 8
ptr size = 4
struct ptr size = 4
64位平台结果
bennett@linux-hycc:~/WorkSpace/test> gcc test.c -o test -m64
bennett@linux-hycc:~/WorkSpace/test> ./test
char size = 1
bool size = 1
short int size = 2
int size = 4
long int size = 8
long long int size = 8
float size = 4
double size = 8
ptr size = 8
struct ptr size = 8
结构体的对齐和补齐
默认情况
| 数据类型 | 默认对齐字节 |
|---|---|
| 基本类型 | sizeof(基本类型) |
| 数组 | sizeof(单个成员) |
| 联合 | sizeof(最大成员) |
| 结构体 | sizeof(每个成员) |
对齐：
默认情况下，基本数据类型按照自身大小整数倍进行对齐，即每个成员的首地址应该是自身大小的整数倍。
- 特殊的，对于数组成员，按照每个成员的大小进行对齐；
- 对于联合，按照最大成员大小进行对齐；
- 对于结构体内包含结构体的，递归的按照结构体的对齐方式对齐。
| 数据类型 | 默认补齐字节 |
|---|---|
| 基本类型 | min(max(sizeof(基本类型)), 4) |
补齐：
默认情况下，按照最大成成员大小进行补齐，对于超过4字节的，按照4字节补齐。
#include <stdio.h> typedef union tag_un
{ double ld1; double ld2; double ld3; double ld4;
} un; typedef struct tag_unn
{ short w; char b;
} unn; typedef struct tag_stt
{ double ld1; double ld2; double ld3;
} stt; typedef struct tag_sttt
{ char arr1[11]; short arr2[1];
} sttt; typedef struct tag_st
{ double ld; char arr1[2]; char *ptr; char b; short arr2[18]; un un; unn unn; stt stt;
} st;
int main(int argc, char* argv[])
{ st st = {0.0, "ab", NULL}; printf("struct st size = %d\n", sizeof(st)); printf("struct sttt size = %d\n", sizeof(sttt)); printf("ld address = %p\n", &st.ld);printf("arr1 address = %p\n", &st.arr1);printf("ptr address = %p\n", &st.ptr);printf("b address = %p\n", &st.b);printf("arr2 address = %p\n", &st.arr2);printf("un address = %p\n", &st.un);printf("unn address = %p\n", &st.unn);printf("stt address = %p\n", &st.stt);return 0;
}
执行结果如下：
32位平台：
bennett@linux-hycc:~/WorkSpace/test> gcc test.c -o test -m32
bennett@linux-hycc:~/WorkSpace/test> ./test
struct st size = 92
struct sttt size = 14
ld address = 0xff962210
arr1 address = 0xff962218
ptr address = 0xff96221c
b address = 0xff962220
arr2 address = 0xff962222
un address = 0xff962248
unn address = 0xff962250
stt address = 0xff962254
64位平台：
bennett@linux-hycc:~/WorkSpace/test> gcc test.c -o test -m64
bennett@linux-hycc:~/WorkSpace/test> ./test
struct st size = 104
struct sttt size = 14
ld address = 0x7ffc512757c0
arr1 address = 0x7ffc512757c8
ptr address = 0x7ffc512757d0
b address = 0x7ffc512757d8
arr2 address = 0x7ffc512757da
un address = 0x7ffc51275800
unn address = 0x7ffc51275808
stt address = 0x7ffc51275810
编译器命令
#pragma pack(n)
对齐：
| 数据类型 | 默认对齐字节 |
|---|---|
| 基本类型 | min(sizeof(基本类型), n) |
| 数组 | min(sizeof(单个成员), n) |
| 联合 | min(sizeof(最大成员), n) |
| 结构体 | min(sizeof(每个成员), n) |
补齐：
| 数据类型 | 默认补齐字节 |
|---|---|
| 基本类型 | min(max(sizeof(基本类型)), n) |
写在结尾
想着好好写来的，结果用例的名字还是乱七八糟，暂时不改了，有机会再调整吧。
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