Как структура С++ хранится в памяти и как можно определить ее размер вручную?

Каков поэтапный алгоритм определения размера структуры в стеке с использованием alignment, а также объяснение, что такое alignment и как он работает?
  • 15 ноября 2023 г. 17:49
Ответы на вопрос 2
В С++, структуры (и классы) хранятся в памяти в виде последовательной расстановки их членов. Однако, компилятор может добавлять дополнительное выравнивание (alignment) для улучшения производительности и доступа к данным.

Alignment - это требование к адресу памяти, начиная с которого должны располагаться данные. Оно определяет, на каком адресе в памяти размещается первый байт объекта и какие адреса могут использоваться для размещения его последующих байтов. Значение alignment определяется компилятором и может зависеть от аппаратных особенностей (например, размера кэш-линии процессора).

Для определения размера структуры вручную, используется поэтапный алгоритм:

1. Определение выравнивания (alignment) структуры. Это чаще всего является максимальным выравниванием среди всех ее членов.
2. Расчет смещения (offset) каждого члена структуры. Если размер предыдущего члена не кратен выравниванию, то необходимо добавить дополнительное выравнивание до следующего кратного адреса.
3. Расчет размера структуры. Это сумма смещений членов структуры и размера самого последнего члена. Если размер не кратен выравниванию структуры, требуется добавить дополнительное выравнивание до следующего кратного адреса.

Примерный код для определения размера структуры вручную:
```cpp
struct MyStruct {
    int a;
    char b;
    float c;
};

size_t CalculateStructSize() {
    size_t alignment = alignof(MyStruct); // Определение выравнивания структуры
    size_t size = 0;
    
    // Расчет смещения каждого члена структуры
    size += sizeof(MyStruct::a);
    if (size % alignment != 0) {
        size += alignment - (size % alignment);
    }
    
    size += sizeof(MyStruct::b);
    if (size % alignment != 0) {
        size += alignment - (size % alignment);
    }
    
    // Расчет размера структуры
    size += sizeof(MyStruct::c);
    if (size % alignment != 0) {
        size += alignment - (size % alignment);
    }
    
    return size;
}
```

Это примерный алгоритм и может быть скомпрометирован другими факторами, такими как выравнивание структуры по умолчанию или встроенные выравнивающие атрибуты. Чтобы точно определить размер структуры, можно использовать стандартную операцию `sizeof(MyStruct)`.
Скорее всего такого алгоритма, который бы в общем случае учитывал все возможные факторы, нет. Размер структуры может зависеть от разрядности платформы, от типа компилятора и от включенных опций, таких как #pragma pack. Поэтому определить размер структуры является нетривиальной задачей. 
Однако, для решения прикладных задач обычно достаточно использовать оператор sizeof, который позволяет получить размер переменной или типа данных.
Похожие вопросы