1. 基本数据类型

C语言中基本数据类型包括char、short、int、long、long long、float、double等，都是可以直接使用的，在VS集成开发环境下，所占空间大小（字节）如下：

#include <stdio.h>

int main()
{
	printf("%d\n", sizeof(char));       // 1
	printf("%d\n", sizeof(short));      // 2
	printf("%d\n", sizeof(int));        // 4
	printf("%d\n", sizeof(long));       // 4
	printf("%d\n", sizeof(long long));  // 8
	printf("%d\n", sizeof(float));      // 4
	printf("%d\n", sizeof(double));     // 8

	return 0;
}

[!NOTE]

标准规定sizeof(long) >= sizeof(int)。

• 这些基本数据类型想要表达单个属性，比如年龄、体重、身高是可以办到的。
• 但想描述一个复杂个体，是办不到的，这就需要使用自定义数据类型。

2. 结构体数据类型

• 语法：

  • struct s
    {
    	int i;
    	char ch;
    	double d;
    };
    

  • 可以看作一个或多个数据类型构成的集合体。

3. 结构体的内存对齐

• 既然结构体是由一个或多个数据类型构成的集合体，那么所占用的内存空间应该和基本数据类型创建的变量不一样，如上述结构体内包含char、int、double三种基本数据类型，把这三种数据类型所占大小相加得到$13$，然而事实真的如此吗？

#include <stdio.h>

struct s
{
	int i;
	char ch;
	double d;
};

int main()
{
	printf("%d\n", sizeof(struct s)); // 16

	return 0;
}

• 程序的结果是$16$，也就说明结构体的内存占用并不只是成员变量内存占用。
• 在C语言中，结构体存在内存对齐，是为了提高内存访问效率而设计的机制。

3.1 对齐规则

1. 成员对齐

   第一个成员变量从偏移量**0位置开始占用内存空间，其余每个成员的起始地址必须是其对齐数**的整数倍。

   • 对齐数 = min(成员类型的大小, 编译器默认对齐数)。
   • 默认对齐数通常由编译器决定，可通过#pragma pack(n)修改（此时对齐数为min(成员类型大小, n)）。

2. 结构体总大小

   结构体的总大小必须是其所有成员中最大对齐数的整数倍。

   • 若由嵌套结构体，最大对齐数可能包含嵌套结构体的最大对齐数。

3. 结构体作为成员时的对齐

   当结构体作为其他结构体的成员时，其起始地址必须是自身最大对齐数的整数倍。

3.2 示例分析

3.2.1 基本数据类型

struct s
{
	int i;
	char ch;
	double d;
};

• 内存布局（VS集成开发环境）：
  • int i从偏移量**0**的位置开始计算，所占4个字节，默认对齐数为8，取最小值4字节。
  • char ch所占1个字节，默认对齐数为8，取最小值1字节，偏移量4是1的倍数，因此ch占偏移量4位置的内存。
  • double d所占8个字节，默认对齐数为8，取最小值8字节，而偏移量5不是8的倍数，所以填充3字节，d占偏移量8-15位置的内存。
  • 整体字节数0-15为16字节，是最大对齐数8的倍数，因此该结构体共16字节。

3.2.2 嵌套结构体对齐

struct s1
{
    char c;   // 1字节（对齐数1）
    int i;    // 4字节（对齐数4）
}; // 总大小：1 + 3（填充）+ 4 = 8字节（是4的倍数）
struct s2
{
    char cc;       
    struct s1 s;  
    short ss;      
}; 

• 内存布局（VS集成开发环境）：
  • cc(1) + [填充3] + s1(8) + ss(2) + [填充2]
  • 总大小：$1+3(填充)+8+2+2(填充)=$16字节。

4. 结构体内存对齐总结

结构体内存对齐的核心是空间换效率，理解对齐规则有助于优化内存布局。通过合理排列成员、利用编译指令和工具验证，可以在内存占用和性能之间找到平衡。

5. 内存中的字节序

5.1 基本概念

• 大端模式（Big-Endian）

  数据的高有效字节序存储在内存的低地址，低有效字节存储在高地址。

  类似于人类阅读顺序（从左到右是高位到低位）

  示例：整数0x11223344（4字节）在内存中的存储：

  • 

• 小端模式（Little-Endian）

  数据的低有效字节存储在内存低地址，高有效字节存储在高地址。

  类似于“反序”存储。

  示例：整数0x11223344（4字节）在内存中的存储：

  • 

5.2 验证存储模式

1. 使用char*指针变量接收int类型变量，并解引用访问。

int main()
{
	int i = 0x11223344;
	char* c = &i;
	if (*c == 0x11)
	{
		printf("大端存储\n");
	}
	else if (*c == 0x44)
	{
		printf("小端存储\n");
	}
	return 0;
}

2. 使用联合体自定义类型。

union Un
{
	int i;
	char c;
};
int main()
{
	union Un u;
	u.i = 1;
	if (u.c == 1)
	{
		printf("小端存储\n");
	}
	else
	{
		printf("大端存储\n");
	}
	return 0;
}

[!CAUTION]

字节序由处理器架构决定，而非编译器。编译器生产的代码会遵循目标平台的字节序。