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C语言（1）
这篇文章写的很好，与大家分享一下。
一个结构体变量定义完之后，其在内存中的存储并不等于其所包含元素的宽度之和。
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&#include &iostream&
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& struct&X
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& {
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&}S1;
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&void main()
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& {
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& &cout && sizeof(S1) &&
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& &cout && sizeof(S1.a) &&
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& cout && sizeof(S1.b) &&
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& &cout && sizeof(S1.c) &&
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&}
&&&& 比如例一中的结构体变量S1定义之后，经测试，会发现sizeof(S1）= 16，其值不等于sizeof(S1.a) = 1、sizeof(S1.b) = 4和 sizeof(S1.c) = 8三者之和，这里面就存在存储对齐问题。
&&&&原则一：结构体中元素是按照定义顺序一个一个放到内存中去的，但并不是紧密排列的。从结构体存储的首地址开始，每一个元素放置到内存中时，它都会认为内存是以它自己的大小来划分的，因此元素放置的位置一定会在自己宽度的整数倍上开始（以结构体变量首地址为0计算）。
&&& 比如此例，首先系统会将字符型变量a存入第0个字节（相对地址，指内存开辟的首地址）；然后在存放整形变量b时，会以4个字节为单位进行存储，由于第一个四字节模块已有数据，因此它会存入第二个四字节模块，也就是存入到4~8字节；同理，存放双精度实型变量c时，由于其宽度为8，其存放时会以8个字节为单位存储，也就是会找到第一个空的且是8的整数倍的位置开始存储，此例中，此例中，由于头一个8字节模块已被占用，所以将c存入第二个8字节模块。整体存储示意图如图1所示。
&& &考虑另外一个实例。
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& &struct X
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&{
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&}S2;
&&& 在例二中仅仅是将double型的变量和int型的变量互换了位置。测试程序不变，测试结果却截然不同，sizeof(S2)=24，不同于我们按照原则一计算出的8+8+4=20，这就引出了我们的第二原则。
&&& 原则二：在经过第一原则分析后，检查计算出的存储单元是否为所有元素中最宽的元素的长度的整数倍，是，则结束；若不是，则补齐为它的整数倍。
&&& 例二中，我们分析完后的存储长度为20字节，不是最宽元素长度8的整数倍，因此将它补齐到8的整数倍，也就是24。这样就没问题了。其存储示意图如图2所示。
&&& 掌握了这两个原则，就能够分析所有数据存储对齐问题了。再来看几个例子，应用以上两个原则来判断。
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& struct X
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& {&
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& &&&&&& }S3;
&&& 首先根据原则一来分析。按照定义的顺序，先存储double型的a，存储在第0~7个字节；其次是char型的b，存储在第8个字节；接下来是int型的c，顺序检查后发现前面三个四字节模块都被占用，因此存储在第4个四字节模块，也就是第12~15字节。按照第一原则分析得到16个字节，16正好是最宽元素a的宽度8的整数倍，因此结构体变量S3所占存储空间就是16个字节。存储结构如图3所示。
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& struct X
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& {&
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& &
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& &
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& }S4;
&&& 仍然首先按照第一原则分析，得到的字节数为8+4+4+1=17；再按照第二原则补齐，则结构体变量S4所占存储空间为24。存储结构如图4所示：
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& struct X
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&{&
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& &
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& }S5;
&&& 同样结合原则一和原则二分析，可知在S4的基础上在结构体内部变量定义最后加入一个int型变量后，结构体所占空间并未增加，仍为24。存储结构示意图如图5所示。
&&& 如果将例五中加入的变量e放到第一个定义的位置，则情况就不同了。结构体所占存储空间会变为32。其存储结构示意图如图6所示。
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& &struct X
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& {&
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& }S6;
&&&&补充：前面所介绍的都是元素为基本数据类型的结构体，那么含有指针、数组或是其它结构体变量或联合体变量时该如何呢？
&&& 1.包含指针类型的情况。只要记住指针本身所占的存储空间是4个字节就行了，而不必看它是指向什么类型的指针。
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&struct X&&&&&&&&&&&&& struct Y&&&&&&&&&&&&&& struct Z
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&{&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&{&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&{&&&&&
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&char *a;&&&&&&&&&&&&& int *b;&&&&&&&&&&&&&&&&&double *c;
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&};&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& };&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&};
&&& 经测试，可知sizeof(X)、sizeof(Y)和sizeof(Z)的值都为4。
&&&&2.含有构造数据类型（数组、结构体和联合体）的情况。首先要明确的是计算存储空间时要把构造体看作一个整体来为其开辟存储空间；其次要明确的是在最后补齐时是按照所有元素中的基本数据类型元素的最长宽度来补齐的，也就是说虽然要把构造体看作整体，但在补齐的时候并不会按照所含结构体所占存储空间的长度来补齐的（即使它可能是最长的）。
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& struct X
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&{
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& };
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& struct Y
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& {
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&X
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& };
&&& 经测试，可知sizeof(X)为16，sizeof(Y)为24。即计算Y的存储长度时，在存放第二个元素b时的初始位置是在double型的长度8的整数倍处，而非16的整数倍处，即系统为b所分配的存储空间是第8~23个字节。
&&&&如果将Y的两个元素char型的a和X型的b调换定义顺序，则系统为b分配的存储位置是第0~15个字节，为a分配的是第16个字节，加起来一共17个字节，不是最长基本类型double所占宽度8的整数倍，因此要补齐到8的整数倍，即24。测试后可得sizeof(Y)的值为24。
&&& 由于结构体所占空间与其内部元素的类型有关，而且与不同类型元素的排列有关，因此在定义结构体时，在元素类型及数量确定之后，我们还应该注意一下其内部元素的定义顺序。
参考知识库
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(1)(6)(4)(6)(5)(13)(51)(2)(3)(6)(5)(2)(4)(1)(5)(3)(5)(6)(5)(5)(1)(16)(3)(6)(1)(3)PHP语言, PHP扩展, Zend引擎相关的研究,技术,新闻分享 – 左手代码 右手诗
首先让我们看一个问题: 如下代码的输出,
var_dump(memory_get_usage());
$a = &laruence&;
var_dump(memory_get_usage());
unset($a);
var_dump(memory_get_usage());
输出(在我的个人电脑上, 可能会因为系统,PHP版本,载入的扩展不同而不同):
int(90440)
int(90640)
int(90472)
注意到 =32, 于是就有了各种的结论, 有的人说PHP的unset并不真正释放内存, 有的说, PHP的unset只是在释放大变量(大量字符串, 大数组)的时候才会真正free内存, 更有人说, 在PHP层面讨论内存是没有意义的.
那么, 到底unset会不会释放内存? 这32个字节跑哪里去了?
要回答这个问题,
我将从俩个方面入手:
这32个字节去哪里了
首先我们要打破一个思维: PHP不像C语言那样, 只有你显示的调用内存分配相关API才会有内存的分配.
也就是说, 在PHP中, 有很多我们看不到的内存分配过程.
$a = &laruence&;
隐式的内存分配点就有:
1. 为变量名分配内存, 存入符号表
2. 为变量值分配内存
所以, 不能只看表象.
第二, 别怀疑,PHP的unset确实会释放内存(当然, 还要结合引用和计数, 这部分的内容请参看我之前的文章), 但这个释放不是C编程意义上的释放, 不是交回给OS.
对于PHP来说,
它自身提供了一套和C语言对内存分配相似的内存管理API:
emalloc(size_t size);
efree(void *ptr);
ecalloc(size_t nmemb, size_t size);
erealloc(void *ptr, size_t size);
estrdup(const char *s);
estrndup(const char *s, unsigned int length);
这些API和C的API意义对应, 在PHP内部都是通过这些API来管理内存的.
当我们调用emalloc申请内存的时候, PHP并不是简单的向OS要内存, 而是会像OS要一个大块的内存, 然后把其中的一块分配给申请者, 这样当再有逻辑来申请内存的时候, 就不再需要向OS申请内存了, 避免了频繁的系统调用.
比如如下的例子:
var_dump(memory_get_usage(TRUE)); //注意获取的是real_size
$a = &laruence&;
var_dump(memory_get_usage(TRUE));
unset($a);
var_dump(memory_get_usage(TRUE));
int(262144)
int(262144)
int(262144)
也就是我们在定义变量$a的时候, PHP并没有向系统申请新内存.
同样的, 在我们调用efree释放内存的时候, PHP也不会把内存还给OS, 而会把这块内存, 归入自己维护的空闲内存列表. 而对于小块内存来说, 更可能的是, 把它放到内存缓存列表中去(后记, 某些版本的PHP, 比如我验证过的PHP5.2.4, 5.2.6, 5.2.8, 在调用get_memory_usage()的时候, 不会减去内存缓存列表中的可用内存块大小, 导致看起来, unset以后内存不变, 见评论).
现在让我来回答这32个字节跑哪里去了,
就向我刚才说的, 很多内存分配的过程不是显式的, 看了下面的代码你就明白了:
var_dump(&I am Laruence, From &);
var_dump(memory_get_usage());
$a = &laruence&;
var_dump(memory_get_usage());
unset($a);
var_dump(memory_get_usage());
string(43) &I am Laruence, From &
int(90808) //赋值前
int(90976)
int(90808) //是的, 内存正常释放了
= 0, 正常了, 也就是说这32个字节是被输出函数给占用了(严格来说, 是被输出的Header占用了)
只增不减的数组
Hashtable是PHP的核心结构(了解Hashtable, 可以参看我之前的文章), 数组也是用她来表示的, 而符号表也是一种关联数组, 对于如下代码:
var_dump(&I am Laruence, From &);
var_dump(memory_get_usage());
$array = array_fill(1, 100, &laruence&);
foreach ($array as $key =& $value) {
${$value . $key} = NULL;
var_dump(memory_get_usage());
foreach ($array as $key=& $value) {
unset(${$value . $key});
var_dump(memory_get_usage());
我们定义了100个变量,
然后又按个Unset了他们, 来看看输出:
string(43) &I am Laruence, From &
int(93560)
int(118848)
int(104448)
Wow, 怎么少了这么多内存?
这是因为对于Hashtable来说, 定义它的时候, 不可能一次性分配足够多的内存块, 来保存未知个数的元素, 所以PHP会在初始化的时候, 只是分配一小部分内存块给HashTable, 当不够用的时候再RESIZE扩容,
而Hashtable, 只能扩容, 不会减少, 对于上面的例子, 当我们存入100个变量的时候, 符号表不够用了, 做了一次扩容, 而当我们依次unset掉这100个变量以后, 变量占用的内存是释放了(118848 &#), 但是符号表并没有缩小, 所以这些少的内存是被符号表本身占去了…
现在, 你是不是对PHP的内存管理有了一个初步的认识了呢?
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开发组核心成员, 顾问, PHP7主要开发者, , , 等开源项目作者.