struct數組占用的空間

Question

關於數據 alignment 的《計算機系統：程序員的觀點》 （第 3 版（2015 年 10 月 6 日））一書的問題 3.44，我有一個問題。

問題：

對於以下每個結構聲明，確定每個字段的偏移量，即結構的總大小，對於 8 位 alignment：

struct P1 {short i; int c; int *j; short *d}
...
struct P4 {char w[16]; char *c[2]}
struct P5 {struct P4 a[2]; struct P1 t}

書中給出的答案：

• 結構 P1：

一世	c	j	d	全部的
0	2個	6個	14	16

• 結構 P4：

w	c	全部的
0	16	32

• 結構 P5：

一種	噸	全部的
0	24	40

我不明白的是為什么P5中struct P4 a[2]只占用 24 個字節？
由於P5.a是一個大小為 2 的P4數組，它不應該占用2 * 32 (total size of P4)字節嗎？

---

為了確保我正確地引用了這本書，附上下面的截圖：

Answer 1

您擁有 CS:APP3e 全球版的副本。

正如我們 state 在勘誤表 web 頁面中：

關於全球版的注意事項：不幸的是，出版商在全球版中安排了一組不同的練習和家庭作業問題。 做這件事的人做的不是很好，所以這些問題和解決方法有很多錯誤。 我們沒有為這個版本創建勘誤表。

這是被搞砸的眾多問題之一。

Answer 2

• P1 是錯誤的。 如果int* j占用 8 個字節，那么在任何已知的具有 64 位尋址的真實計算機上， short* d也將占用 8 個字節。 對於總共 22 個字節，假設在i之后沒有插入填充，這是不可能的。 如果插入填充，則總大小為 24 字節。

  在真實世界的 64 位系統上，結構布局將是：

   short i size: 2 offset: 0 int c size: 4 offset: 4 int* j size: 8 offset: 8 short* d size: 8 offset: 16

• 我不明白的是為什么 P5 中的 struct P4 a[2] 只占用 24 個字節？

  它沒有。 P4 = 32 字節，無填充。 2 * 32 = 64 字節。 P5將為 64 + 24 = 88 字節。

如果你正確地引用了這本書，那么顯然它沒有從程序員的角度進行校對......

Answer 3

要測試的代碼：（給出結構中的職業，而不是大小）。

#include <stdio.h>

struct P1
{
    short i;
    int c;
    int *j;
    short *d;
    long long end[];
};

struct P4
{
    char w[16];
    char *c[2];
    long long end[];
};

struct P5
{
    struct P4 a[2];
    struct P1 t;
    long long end[];
};

int main(void)
{
    struct P1 p1;
    printf("size of p1 : %zu\n", sizeof(p1));    
    printf("short i : %zu\n", (size_t)&p1.c - (size_t)&p1.i);
    printf("int c : %zu\n", (size_t)&p1.j - (size_t)&p1.c);
    printf("int *j : %zu\n", (size_t)&p1.d - (size_t)&p1.j);
    printf("short *d : %zu\n", (size_t)&p1.end - (size_t)&p1.d);

    struct P4 p4;
    printf("\nsize of p4 : %zu\n", sizeof(p4));
    printf("char w[16] : %zu\n", (size_t)&p4.c - (size_t)&p4.w);
    printf("char *c[2] : %zu\n", (size_t)&p4.end - (size_t)&p4.c);

    struct P5 p5;
    printf("\nsize of p5 : %zu\n", sizeof(p5));
    printf("struct P4 a[2] : %zu\n", (size_t)&p5.t - (size_t)&p5.a);
    printf("struct P1 t : %zu\n", (size_t)&p5.end - (size_t)&p5.t);

    return 0;
}

• 靈活的成員數組只是為了標記結束。

按照 Gerhardh 的評論，使用 offsetof 進行編碼。

#include <stdio.h>
#include <stddef.h>

struct P1
{
    short i;
    int c;
    int *j;
    short d;
    long long end[];
};

int main(void)
{
    struct P1 p1;
    printf("                   Offset        Size    Occupation\n");
    printf("short i  : %12zu %12zu %12zu\n", offsetof(struct P1, i), sizeof(p1.i), offsetof(struct P1, c));
    printf("int c    : %12zu %12zu %12zu\n", offsetof(struct P1, c), sizeof(p1.c), offsetof(struct P1, j)-offsetof(struct P1, c));
    printf("int *j   : %12zu %12zu %12zu\n", offsetof(struct P1, j), sizeof(p1.j), offsetof(struct P1, d)-offsetof(struct P1, j));
    printf("short *d : %12zu %12zu %12zu\n", offsetof(struct P1, d), sizeof(p1.d), offsetof(struct P1, end)-offsetof(struct P1, d));
    printf("end      : %12zu \n", offsetof(struct P1, end));
    return 0;
}