為什么嵌入式C語言中的size不等于所有成員size之和

結(jié)構(gòu)體在C語言程序開發(fā)中，是不可或缺的語法。不過，相信不少C語言初學(xué)者遇到過這樣的問題：為什么結(jié)構(gòu)體的 size 有時不等于它的所有成員的 size 之和呢？C語言結(jié)構(gòu)體大小等于它的所有成員大小之和嗎？

舉例來說，假設(shè)有結(jié)構(gòu)體，它的C語言代碼如下，請看：struct x{short s;?int i;?char c;};我們繼續(xù)編寫C語言代碼，依次輸出成員 s，i，c 占用內(nèi)存空間的大小，相關(guān)代碼很簡單，請看：struct x t;printf("%lu %lu %lu\n", sizeof(t.s), sizeof(t.i), sizeof(c));編譯并執(zhí)行這段C語言代碼，得到如下輸出：# gcc t.c?# ./a.out 2 4 1。

那么按理說，結(jié)構(gòu)體 x 占用的內(nèi)存空間應(yīng)該等于 2+4+1=7 字節(jié)，但是似乎實際結(jié)果與我們的預(yù)期并不一致：printf("%lu\n", sizeof(t))。

上面這行C語言代碼輸出的結(jié)果是 12！這是怎么回事呢？程序輸出的結(jié)果與我們的預(yù)期不一致，原因在于“對齊機制”。如果將結(jié)構(gòu)體 x 看作是一個容器，鑒于成員 s，i，c 的長度參差不齊，C語言編譯器不得不“填充”一些額外的空間，以滿足“對齊機制”。

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是否對齊不僅影響C語言程序的性能，有時甚至還會帶來意想不到的錯誤，例如訪問未對齊的數(shù)據(jù)，可能會導(dǎo)致硬件方面的問題 （SIGBUS，總線錯誤），導(dǎo)致性能下架，以及破壞一些操作的原子性等并發(fā)安全保障。

所以，C語言編譯器在處理結(jié)構(gòu)體時，如果沒有特別的指定，一般都會填充一些字節(jié)，以確保不違背對齊機制。以上面的結(jié)構(gòu)體 x 為例，初學(xué)者可能會認為它的成員在內(nèi)存中的布局。

但是，如果編譯器按照下面布局，處理器訪問之將更加方便，不過，這樣排列結(jié)構(gòu)體 x 的成員，會空出一些空間，對于處理器來說，小心的跳過這些空間還是有些麻煩，于是大多數(shù)C語言編譯器都會像下面這樣填充空穴：這樣一來，整個結(jié)構(gòu)體 x 占用內(nèi)存的空間，其實就是成員 i 占用空間的 3 倍了，也即 12 字節(jié)。

事實上，我們可以通過排列結(jié)構(gòu)體 x 成員的順序，來優(yōu)化其占用內(nèi)存的大小。

本節(jié)主要討論了C語言中結(jié)構(gòu)體大小并不一定等于它所有成員大小之和的原因，應(yīng)該注意，結(jié)構(gòu)對齊在C語言標準中是 implementation defined，不同的C語言編譯器可能選擇不同的數(shù)據(jù)對齊方式，從而導(dǎo)致不同和不兼容的數(shù)據(jù)布局。因此，在使用不同編譯器開發(fā)C語言程序時，了解編譯器是如何對齊數(shù)據(jù)是很重要的。