C语言细看从头01|结构体大小计算|stddef.h的offsetof运用
一、数据类型的大小
1、sizeof运算符
想要计算各个类型的数据大小，最简单的就是使用sizeof运算符。其返回值为unsigned int。
对不同的数据类型进行使用时返回的数据也不同：
（1）数组——分配的数组空间的大小
（2）指针——存储该指针的空间的大小(一般为8个byte)
（3）类型——该类型所占空间的大小
（4）函数——函数返回类型的大小，不能是void
2、常见的数据类型所占大小
char：1 |short：2 |int：4 |float：4 |double：8 |long：4（32位）8（64位）
short inti：2 |bool：1 |char [n]:n |long int：4（32位）8（64位）|long long:8
（单位byte）
printf("bool:%d\n",sizeof(bool) );
printf("char:%d\n",sizeof(char) );
printf("short:%d\n",sizeof(short) );
printf("int:%d\n",sizeof(int) );
printf("long:%d\n",sizeof(long) );
printf("float:%d\n",sizeof(float) );
printf("doublue:%d\n",sizeof(double) );
printf("char [7]:%d\n",sizeof(char [7]) );
printf("short int:%d\n",sizeof(short int) );
printf("long int:%d\n",sizeof(long int) );
printf("long long:%d\n",sizeof(long long) );
输出：
bool:1
char:1
short:2
int:4
long:8
float:4
double:8
char [7]:7
short int:2
long int:8
long long :8
二、结构体大小计算
由于内存对齐的原则，结构体大小的计算有两个规则：
- 结构体成员的偏移量必须是该成员大小的整数倍
- 结构体最后的大小必须是最大成员数据类型所占的大小的整数倍
1、offsetof宏
offsetof定义在<stddef.h>中
size_t offsetof(type, member)
@type：结构体
@member：成员
retrunt：size_t（大小为8byte）返回成员在该结构体中的偏移量
2、什么是偏移量？
假设目前有一个结构体为：
typedef struct{
char temp1;
int temp2;
}my_offset;
假设temp1的地址为0，在无内存对齐下：
由于temp1的类型为char，大小为1byte，则temp2相对于temp1来说就是1;
而在有内存对齐的规则下：
temp2相对与temp1的偏移量必须为temp2的 数据类型(int) 的整数倍，因此偏移量为4;
偏移量可通过offsetof宏去获取;
如下：
typedef struct
{
char temp1;
int temp2;
}my_offset;
int main(int argc, char const *argv[])
{
printf("%d",offsetof(my_offset,temp1));
printf("%d",offsetof(my_offset,temp2));
return 0;
}
输出：
0
4
三、复杂结构体计算
有了上面的基础，我们可以计算一些较为复杂的结构体了。
1、带数组的结构体
typedef struct
{
char temp1;
int temp2;
char temp3[3];
long temp4;
}my_offset;
//省略主函数
printf("temp1:%d\n",offsetof(my_offset,temp1) );
printf("temp2:%d\n",offsetof(my_offset,temp2) );
printf("temp3:%d\n",offsetof(my_offset,temp3) );
printf("temp4:%d\n",offsetof(my_offset,temp4) );
printf("all:%d\n",sizeof(my_offset) );
输出：
temp1:0 temp1偏移量0
temp2:4 temp2相对于temp1为1，但必须为temp2类型的整数倍因此膨胀为4
temp3:8 temp3相对于temp1为4+4（temp2与temp1的偏移量+temp3与temp2的偏移量）
temp4:16 temp4相对于temp1为4+4+3=11，但是必须为temp4的类型的整数倍，因此是4+4+8=16
all:24 整体的话就是4+4+8+8=24
整体的话相当于：char膨胀的4+int的 4+char [3]膨胀的 8+long的 8=24
2、包含结构体的结构体
结构体1 当中的 结构体2 的 成员 可直接看作 结构体1 的成员计算大小
typedef struct
{
char temp1;
int temp2;
char temp3[3];
double temp4;
struct st{
char temp5_1;
int temp5_2;
char temp5_3[3];
long temp5_4;
}s;
int temp6;
}my_offset;
//输出举例子：
printf("temp3:%d\n",offsetof(my_offset,temp3) );
printf("temp5_1:%d\n",offsetof(my_offset,s.temp5_1) );
//其他省略
输出：
temp1:0 0
temp2:4 4因为temp2为int型，所以temp1的char膨胀为4
temp3:8 4+4（temp2为int 占4位）
temp4:16 8+（char[3]膨胀为）8=16，因为temp4的类型为double 占8位
temp5_1:24 16+8（temp4为double 占8位）=24
temp5_2:28 24+（char膨胀为）4=28，因为temp5_2为int型
temp5_3:32 28+4=32
temp5_4:40 32+（char[3]膨胀为）8=40，因为temp5_4为long 占8位
temp6:48 40+8(temp5_4为long 占8位)=48
all:56 48+(temp6的int膨胀为)8=56，因为结构体最终的大小必须为最大类型的整数倍
在此结构体中最大类型为long与double都为8位
3、包含联合体的结构体
计算十分简单，只需计算联合体中最大的类型即可。
typedef struct
{
char temp1;
int temp2;
char temp3[3];
double temp4;
union st{
char temp5_1;
int temp5_2;
char temp5_3[3];
long temp5_4;
}s;
int temp6;
}my_offset;
输出：
temp1:0 0
temp2:4 4
temp3:8 4+4=8
temp4:16 8+8=16
temp5_1:24 16+8=24 （注意：加的8都为temp4的double大小）
temp5_2:24 16+8=24 （注意：加的8都为temp4的double大小）
temp5_3:24 16+8=24 （注意：加的8都为temp4的double大小）
temp5_4:24 16+8=24 （注意：加的8都为temp4的double大小）
temp3:32 24+8（8为联合体中最大的类型long的大小）
all:40 32+8（temp6的类型int 膨胀为8，因为结构体大小必须为最大类型long/double的整数倍）
4、指定对齐值
#pragma pack(n) (n=1,2,4,8,16)
1、规则1：”结构体成员的偏移量必须是该成员大小的整数倍”，当指定了对齐值时，偏移量必须是 该成员大小 与 对齐值n 的较小的整数倍。
2、规则2：”结构体最后的大小必须是最大成员数据类型所占的大小的整数倍“，当制定了对齐值时，最后的大小必须是 最大成员数据类型与 对齐值n 中较小的整数倍
例子1带数组的结构体中，制定了对齐值为4的话：
#pragma pack(4)
typedef struct
{
char temp1;
int temp2;
char temp3[3];
long temp4;
}my_offset;
输出：
temp1:0 0
temp2:4 4
temp3:8 4+4=8
temp4:12 8+3，temp4为long 8位，指定对齐值n=4 4<8 因此为4的倍数 变为8+4=12
all:20 整体的话就是12+8=20 20是对齐值n=4 的整数倍，而不是long 8的整数倍24
四、总结
#pragma pack()的意义以及结构体对齐的意义
主要原因在于定义结构体数组的情况下，前后结构体内存重合。
而在不需要定义结构体数组的时候，我们可以使用#pragma pack(1)取消内存对齐，节省空间大小。
细看从头，是我对于接触C语言的长时间来，对使用过的数据类型、库函数的归纳总结，在已知的东西中找到自己未知的过程。
