本文主要是介绍结构体（位段）内存分配，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！
结构体由多个数据类型的成员组成。那编译器分配的内存是不是所有成员的字节数总和呢？
首先，stu的内存大小并不为29个字节，即证明结构体内存不是所有成员的字节数和。
其次，stu成员中sex的内存位置不在21，即可推测name成员起始内存位置在0。
接着，stu成员中sex与age内存并不连续，两者相隔4个字节。
最后，sty成员中的sex与score内存连续，但sty的内存大小与sex的内存位置也是数值差4。
那结构体的内存分配满足何种规则呢？
| 序号 | 结构体内存对齐规则 |
|---|---|
| 1 | 结构体的第⼀个成员对⻬到和结构体变量起始位置偏移量为0的地址处 |
| 2 | 其他成员变量要对⻬到某个数字（对⻬数）的整数倍的地址处 |
| 3 | 对⻬数=编译器默认的⼀个对⻬数与该成员变量⼤⼩的较⼩值 |
| 4 | VS 中默认的值为8，Linux中gcc没有默认对⻬数，对⻬数就是成员⾃⾝的⼤⼩ |
| 5 | 结构体总⼤⼩为最⼤对⻬数（结构体中每个成员变量都有⼀个对⻬数，所有对⻬数中最⼤的）的整数倍。 |
| 6 | 如果嵌套了结构体的情况，嵌套的结构体成员对⻬到⾃⼰的成员中最⼤对⻬数的整数倍处，结构体的整体⼤⼩就是所有最⼤对⻬数（含嵌套结构体中成员的对⻬数）的整数倍。 |
利用以上规则，我们就可以合理解释文章开头的疑问了。
char类型对齐数为1，可以储存在任意位置；
int类型对齐数为4，必须储存在内存位置为4的倍数；
sty结构体内存大小必须是成员最大对齐数的整数倍；
从以上分析，我们可以得出结构体存在内存浪费。而避免浪费内存的最好编程习惯就是将成员字节数小的整合在一起。
结构体（struct）在C和C++编程语言中是一种复合数据类型，它允许你将不同类型的数据项（变量）组合成一个单一的变量名。位段（Bit-fields）是结构体中的一种特殊成员，它允许程序员指定每个成员所占用的位数，而不是使用整个字节或更大的内存空间。位段通常用于硬件编程或需要精确控制内存使用的场合。
位段的基本语法如下：
struct { type member_name : width; // 其他成员...
} structure_name;type 是基础数据类型（通常是整数类型），它决定了位段的基本存储单位。
member_name 是位段的名称。
width 是一个整数，指定了该位段所占用的位数。
structure_name 是结构体的名称。
示例
下面是一个使用位段的简单示例：
| 应用场景 | |
|---|---|
| 硬件寄存器访问 | · 在硬件编程中，许多设备的寄存器由一系列位组成，每个位表示设备的不同状态、配置选项或标志。使用位段可以方便地访问和控制这些位，而无需进行复杂的位运算或掩码操作。 · 例如，一个硬件设备的状态寄存器可能有多个位字段，分别表示设备的不同状态。通过使用位段，程序员可以直接通过结构体的成员名来访问这些位字段，从而简化代码并提高可读性。 |
| 节省存储空间 | · 当需要存储大量的小规模数据时，位段可以有效地节省存储空间。例如，在过程控制、参数检测或数据通信等应用中，控制信息往往只占一个字节中的一个或几个二进制位。通过使用位段，可以将多个这样的信息存储在一个字节中，从而节省存储空间。 · 参考文章提到，位段能够把长度为奇数的数据包装在一起，节省存储空间。当程序需要成千上万个这样的结构体时，选择位段是比较明智的。 |
| 访问整数值的部分内容 | · 位段允许程序员方便地访问一个整数值的部分内容。这在处理包含多个不同含义的位的整数值时非常有用。通过定义位段，可以将整数值分解为多个有意义的字段，并直接访问这些字段的值。 · 例如，在TCP/IP协议中，数据包头通常由多个字段组成，每个字段占用不同的位数。通过使用位段，可以方便地解析数据包头并提取所需的字段值。 |
| 提高代码可读性 | · 通过使用位段，可以将整数值分解为多个有意义的字段，并为每个字段分配一个具有描述性的名称。这有助于提高代码的可读性和可维护性。程序员可以更容易地理解代码的目的和功能，并更轻松地修改和维护代码。 |
| 注意事项 | |
|---|---|
| 跨平台和编译器差异 | 位段的具体行为可能因编译器和平台而异。不同的编译器可能会对位段的布局、填充和访问方式进行不同的解释。因此，在使用位段时，应确保你的代码在所有目标平台上都能正常工作。 |
| 内存对齐 | 编译器可能会在位段之间插入填充字节，以确保结构体成员在内存中的对齐。这可能会导致位段的实际内存布局与你在代码中指定的不同。 |
| 位段的大小限制 | 位段的大小通常受到其基础数据类型大小的限制。例如，如果你使用unsigned int作为位段的基础数据类型，并且你的系统中unsigned int是32位的，那么任何unsigned int位段的最大宽度都不能超过32位。 |
| 访问和修改 | 由于位段的行为可能因编译器而异，因此在使用位段时应格外小心。在访问或修改位段的值时，可能需要使用位操作（如按位与、按位或、位移等）来确保数据的正确性。 |
| 可移植性 | 由于位段的行为可能因编译器和平台而异，因此在使用位段时应考虑代码的可移植性。如果可能的话，最好避免在需要跨平台兼容性的代码中使用位段。 |
这篇关于结构体（位段）内存分配的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！
