c - C 中结构之间的额外填充

Question

我在 C 中有结构:

typedef struct Node {
    int data; // 4 bytes int + 4 bytes for alignment
    struct Node* prev; // 8 bytes pointer
    struct Node* next; // 8 bytes pointer
} Node;

该结构体的大小为 24 字节 (8 + 8 + 8)。当我使用 sizeof(Node) 时，编译器也显示 24 字节。

但是，当我在堆上创建两个或多个结构体(一个接一个)并查看它们的内存位置时，每个 Node 结构体之间有 8 个字节间隙。 例如:

11121344 (the 1st Node address)
11121376 (the 2nd Node address) // 376-344 = 32-24 = 8 extra bytes
11121408 (the 3rd Node address) // 408-376 = 32-24 = 8 extra bytes

你能解释一下为什么编译器通过在节点之间添加 8 个字节来分隔节点结构吗？

Answer 1

您的观察结果可能有两个原因:

1. C 标准要求 malloc 始终返回具有最大对齐方式的内存块，以防止对齐问题，无论您分配什么内容。
2. malloc 通过使用某种数据结构在内部管理内存块。根据实现的不同，它会向每个内存块添加额外的信息以供内部使用。例如，malloc 可以管理链表中的内存块，那么它需要每个 block 保存一个指向下一个 block 的附加指针。

最大对齐取决于体系结构和编译器/malloc - 使用的实现。

对于您的情况并假设 glibc，直接取自 glibc/malloc.c 的文档:

 Alignment:                              2 * sizeof(size_t) (default)
       (i.e., 8 byte alignment with 4byte size_t). This suffices for
       nearly all current machines and C compilers. However, you can
       define MALLOC_ALIGNMENT to be wider than this if necessary.
  Minimum overhead per allocated chunk:   4 or 8 bytes
       Each malloced chunk has a hidden word of overhead holding size
       and status information.
  Minimum allocated size: 4-byte ptrs:  16 bytes    (including 4 overhead)
              8-byte ptrs:  24/32 bytes (including, 4/8 overhead)

因此，在您的情况下，malloc 将与 2 * sizeof(size_t) = 16 字节对齐。

另请注意提到的“隐藏开销”。此开销是由于存储用于内存管理的附加内部信息...