为什么无论成员的顺序如何，这个结构的大小都是相同的？

如何解决为什么无论成员的顺序如何，这个结构的大小都是相同的？

由于 C 中结构的内存对齐是以连续形式为第一个元素完成的，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即使在元素重新排列：

#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

以上结构配置的内存对齐是这样的吗？：

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

解决方法

在您的机器上，int 和 float 似乎各需要 4 个字节。从这个意义上说，它们在 struct 中的位置是无关紧要的。

然而，char（通常）只占用 1 个字节，所以你可能想知道为什么 sizeof 不返回 9 (4+4+1) 原因是填充。

在许多情况下添加填充，但最明显的是允许类型对齐（我假设系统上的 int 和 float 类型在 4 字节边界上自然对齐） .

我认为如果将顺序更改为：

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

在本例中，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 末尾填充的原因是允许数组 (struct student array[32])。

如果 struct 的末尾没有任何填充，则数组的第二个成员 (array[1]) 将从偏移量开始，而类型 (float) 将'在自然的 4 字节边界上没有正确对齐。

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的所需填充（即，在使用 malloc 分配内存时）。

我希望这能回答您的问题。

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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的系统编译代码）：

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 类型在此上没有 4 个字节的自然对齐系统：

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

注意：

大多数编译器应该支持一条指令，告诉编译器“打包”结构（忽略类型对齐和填充）......但是，恕我直言，应该强烈不鼓励这样做，因为它可能导致某些 CPU 架构崩溃并引入非- 可移植代码 (see also here)。

,

在您的系统上，int 和 float 数据类型似乎各有 4 个字节的大小；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“填充” - 总大小为 12 个字节为结构。

但是，编译器也会在结构的末尾添加填充！（在 char b 是最后一个字段的情况下，同样是三个字节。）

为什么？好吧，考虑这样一个 struct 类型的数组。如果没有那个“终端填充”，第二个数组元素的第一个字段就会错位——也就是说，它不会位于 4 字节边界上，从而降低了从“内部”填充中获得的任何效率.对于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：我真的不能对 this Wikipedia page 的以下声明提供太多改进：

需要注意的是最后一个成员用数字填充 所需的字节数，以便结构的总大小应为 任何结构成员的最大对齐的倍数……

,

编译器对齐字段并填充 struct 的其余部分，因此如果您构建一个数组，下一个元素将被对齐。

在您发布的案例中，字段元素的对齐方式是 4 个字节大的两个字段 float 和 int 的大小。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 类型字段之后添加三个填充元素，即使它位于结构的末尾。

在您发布的情况下，如果您认为结构是 5 个字节，则结构数组的下一个元素将不会对齐，因为 float 和 int 将从 +1 对齐的偏移量开始。