为什么不管成员的顺序如何，这个结构的大小都是一样的？

Question

由于 C 中结构的内存对齐是以第一个元素的连续形式完成的，然后是第二个元素，然后是第三个元素，依此类推...以及位填充，那么为什么这个结构的大小是相同的即使重新排列元素：

#include <stdio.h>

int main(void)
{
    struct student
    {
        float c;
        int a;
        char b;
    };
    printf("%zu\n", sizeof(struct student));
    return 0;
}

输出： 12

对于上面的结构配置，内存对齐看起来像这样吗？：

f f f f i i i i c
_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Answer 1

在您的系统上，int 和 float 数据类型似乎各有 4 个字节；因此，编译器（除非另有说明）将在 4 字节边界上对齐这些类型的结构成员。这就是为什么，如果您将 char b 字段作为 second 成员，那么将在该字段和下一个字段之间添加 3 个字节的 'padding' - 给出结构的总大小为 12 个字节。

但是，编译器也会在结构的末尾添加填充！（三个字节，同样，在 char b 是最后一个字段的情况下。 )

为什么？ 好吧，考虑这样的 struct 类型的数组。如果没有 'terminal padding'，第二个数组元素的第一个字段将错位——也就是说，它将 而不是 在 4 字节边界上，从而降低从中获得的任何效率'internal' 填充。将您的类型作为嵌套字段包含在内的其他结构也会出现类似问题。

编辑：我无法对 this Wikipedia page 的以下陈述提供太多改进：

It is important to note that the last member is padded with the number of bytes required so that the total size of the structure should be a multiple of the largest alignment of any structure member …

Answer 2

看来在您的机器上 int 和 float 都需要 4 个字节。从这个意义上说，它们在 struct 中的位置无关紧要。

但是，char（通常）只占用 1 个字节，因此您可能想知道 sizeof 为什么 return 9（4+4+ 1) 原因是 padding.

填充在许多情况下被添加，但最明显的是允许类型对齐（我假设你系统上的 int 和 float 类型在 4 字节上自然对齐边界）。

我认为如果顺序更改为：

struct student
{
    float c;
    char b;
    int a;
};

在此示例中，我们将有 4 个字节 (float) + 1 个字节 (char) + 3 个字节（填充）+ 4 个字节 (int)。即：

struct student
{
    float c;
    char b;
    char padding[3];
    int a;
};

但是，在您的原始示例中，我们有：

struct student
{
    float c;
    int a;
    char b;
};

这导致 4 个字节 (float) + 4 个字节 (int) + 1 个字节 (char) + 3 个字节（填充）- 即：

struct student
{
    float c;
    int a;
    char b;
    char padding[3];
};

我们仍然在 struct 末尾进行填充的原因是允许数组 (struct student array[32])。

如果 struct 末尾没有任何填充，则数组的第二个成员 (array[1]) 将从偏移量和类型 (float ) 不会在自然的 4 字节边界上正确对齐。

当您声明类型时，编译器将始终添加允许在数组中使用该类型所需的填充（即，当使用 malloc 分配内存时）。

我希望这能回答你的问题。

编辑:

为了澄清我上面没有列出的剩余 struct 中的填充（见评论），它可能看起来像这样（假设编译器正在为类似系统编译代码）：

struct student
{
    char b;
    char padding[3];
    float c;
    int a;
};

如果 a 也是 char，我们将在 struct 的两端填充：

struct student
{
    char b;
    char padding[3];
    float c;
    char a;
    char padding2[3];
};

但是，如果我们重新组织 struct 使字符彼此相邻，它们的填充将不同，因为 char 类型没有 4 字节的自然对齐在这个系统上：

struct student
{
    char b;
    char a;
    char padding[2];
    float c;
};

注:

大多数编译器应该支持告诉编译器“打包”结构（忽略类型对齐和填充）的指令......但是，恕我直言，应该非常不鼓励这样做，因为它可能会导致一些 CPU体系结构崩溃并引入不可移植的代码 (see also here)。

Answer 3

编译器对齐字段并填充 struct 的剩余部分，因此如果您构建数组，下一个元素将对齐。

在您的 posted 案例中，字段元素的对齐方式是两个字段 float 和 int 的大小，这两个字段大 4 个字节。因此，编译器在末尾填充结构，以便您定义的类型的下一个数组元素也对齐。这意味着编译器必须在 char 类型字段后添加三个填充元素，即使它位于结构的末尾。

在你 post 的情况下，如果你认为结构是 5 个字节，结构数组的下一个元素将不会对齐，因为 float 和 int 将从 +1对齐偏移量。

为什么不管成员的顺序如何，这个结构的大小都是一样的？

Why the size of this structure is same irrespective of the order of the members?

c

structure

sizeof

alignment