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二〇一七年5月17日读书总括,结构体对齐

内部存款和储蓄器映射数据管理类首要函数及变量如下:

转载 结构体对齐详解

二零一七年11月十五日星期一

 1        string _filepath;
 2        /// <summary>
 3         /// 引用内存映射文件
 4         /// </summary>
 5         private MemoryMappedFile _memoryFile = null;
 6         /// <summary>
 7         /// 用于访问内存映射文件的存取对象
 8         /// </summary>
 9         private MemoryMappedViewAccessor _accessor = null;
10         public ScientificData _ScientificData = new ScientificData();
11         long _lenByte = 0;
12         public DatFileInfo(string filepath)
13         {
14             _filepath = filepath;
15             _memoryFile = MemoryMappedFile.CreateFromFile(_filepath);
16             _accessor = _memoryFile.CreateViewAccessor();
17             // _stream = _memoryFile.CreateViewStream();
18             FileInfo finfo = new FileInfo(filepath);
19             _lenByte = finfo.Length;//文件字节大小
20         }
21         public void SaveRawData(string savepath)
22         {
23             
24             int currentByteNum = 0;//当前字节位置
25             uint ACountint = 0;
26             uint RCountint = 0;
27             ScientificData scientificData = new ScientificData();
28             byte[] data = new byte[1036 * 1036];
29             while (currentByteNum<= (_lenByte- 1036 * 1036))
30             {
31                 _accessor.Read<uint>(currentByteNum, out RCountint);
32                 _accessor.Read<uint>(currentByteNum+4, out ACountint);
33                 if (RCountint < 1400 && ACountint < 1401 && _accessor.ReadByte(currentByteNum+8)==0x0a && _accessor.ReadByte(currentByteNum + 9) == 0x0b)//初步判断条件,节省解析结构体时间
34                 {
35                     _accessor.ReadArray(currentByteNum, data, 0, data.Length);//读取结构体数据到字节数组
36                     scientificData = ByteToStructure<ScientificData>(data);//字节数组解析到结构体
37                     if((scientificData.aux_3a1 == 0x3A) && (scientificData.aux_3a3 == 0x3A))//进一步判断
38                     {
39                         ushort[,] sdata = scientificData.GetImageData();//得到所需的数据
40                         saveRawData(savepath + ((int)((ACountint - 1)/15+1)).ToString()+ "_" + (ACountint-1).ToString() + "_"+ACountint + "_"+scientificData.aux_num + ".raw" , sdata);
41                         currentByteNum += 1036 * 1036;
42                     }
43                     else
44                         currentByteNum++;
45                 }
46                 else
47                     currentByteNum++;
48 
49 
50             }
51         }
52         /// <summary>
53         /// 由byte数组转换为结构体
54         /// </summary>
55         public static T ByteToStructure<T>(byte[] dataBuffer)
56         {
57             object structure = null;
58             int size = Marshal.SizeOf(typeof(T));
59             IntPtr allocIntPtr = Marshal.AllocHGlobal(size);
60             try
61             {
62                 Marshal.Copy(dataBuffer, 0, allocIntPtr, size);
63                 structure = Marshal.PtrToStructure(allocIntPtr, typeof(T));
64             }
65             finally
66             {
67                 Marshal.FreeHGlobal(allocIntPtr);
68             }
69             return (T)structure;
70         }
71         private void saveRawData(string savepath,ushort[,] data)
72         {
73             int len = data.Length*2;
74             byte[] bdata = new byte[len];
75             Buffer.BlockCopy(data,0,bdata,0,len);
76             File.WriteAllBytes(savepath, bdata);
77         }
78         /// <summary>
79         /// 由结构体转换为byte数组
80         /// </summary>
81         public static byte[] StructureToByte<T>(T structure)
82         {
83             int size = Marshal.SizeOf(typeof(T));
84             byte[] buffer = new byte[size];
85             IntPtr bufferIntPtr = Marshal.AllocHGlobal(size);
86             try
87             {
88                 Marshal.StructureToPtr(structure, bufferIntPtr, true);
89                 Marshal.Copy(bufferIntPtr, buffer, 0, size);
90             }
91             finally
92             {
93                 Marshal.FreeHGlobal(bufferIntPtr);
94             }
95             return buffer;
96         }

结构体数据成员对齐的意义

大多其实的Computer系统对基本类型数据在内部存款和储蓄器中存放的地点有限量,它们会须求这一个数据的开场馆址的值是某些数k的翻番,那正是所谓的内部存款和储蓄器对齐,而这一个k则被称为该数据类型的对齐模数(alignment
modulus)。那种强制的须要1来简化了Computer与内部存款和储蓄器之间传输类别的统一盘算,贰来能够荣升读取数据的快慢。

譬如那样一种管理器,它每一回读写内部存储器的时候都从有个别八倍数的地方起初,2遍读出或写入捌个字节的多寡,如果软件能担保double类型的数据都从8倍数地点起首,那么读或写三个double类型数据就只必要3次内部存款和储蓄器操作。不然,我们就大概须要
五遍内部存款和储蓄器操作本领到位这些动作,因为数量也许正好横跨在八个符合对齐须要的八字节内部存款和储蓄器块上。

前几天新课内容讲了概念和选取结构体变量,所谓结构体便是例外连串数据整合的组合型的数据结构,称为结构体。它与数组不一致,三个数组中只可以存放二个品类的数码。结构体的一般情势为:

科学数据结构体定义如下:

结构体对齐包罗五个方面包车型客车含义

  • 结构中华全国体育总会秘书长度;
  • 布局体内各数据成员的内存对齐,即该数额成员相对结构体的苗头地点;

struct  结构体名

  //一幅1036*1036字节数据定义
    public struct ScientificData
     {
        /参数信息
     [MarshalAs(UnmanagedType.ByValArray, SizeConst = 4)]
       public byte[] RelativePacketCount;
      [MarshalAs(UnmanagedType.ByValArray, SizeConst = 4)]
       public Byte[] AbsolutePacketCount;
     ........
      public byte aux_3a;//填充3A H
       .........
      [MarshalAs(UnmanagedType.ByValArray, SizeConst = 1036)]
        public OneImageRow[] ImageData;//图像数据行
/// <summary>
/// 获取raw图数据
/// </summary>
/// <returns>图像数据</returns>
public ushort[,] GetImageData()
{
ushort[,] rawdata = new ushort[1036, 512];
for (int i = 0; i < 1036; i++)
{
var onerow = ImageData[i];
for (int j = 0; j < 512; j++)
{
rawdata[i, j] = (ushort)(((onerow.imagedata[j * 2] << 8) | onerow.imagedata[j * 2 + 1])) ;
}
}
return rawdata;
}
}

结构体大小的乘除情势和手续

  1. 将协会体内全数数据成员的长短值相加,记为sum_a;
  1. 将各数据成员为了内存对齐,按各自对齐模数而填充的字节数累加到和sum_a上,记为sum_b。对齐模数是#pragma pack
    钦定的数值以及该数量成员本人长度中数值异常的小者。该数额相对起先地点应该是对齐方式的整好几倍;
  2. 将和sum_b向结构人体模型数对齐,该模数是 #pragma pack指定的数值
    未指定#pragma pack时,系统默认的对齐模数(32位系统为4字节,64位为8字节)
    结构体内部最大的基本数据类型成员
    长度中数值不大者。结构体的长短应该是该模数的整好好几倍。

          {成员列表};

图像数据结构体如下:

结构体大小总括比方

在妄图此前,大家先是供给显著的是逐壹数据成员的对齐模数,对齐模数和数码成员本人的长度以及pragma
pack编译参数有关,其值是双边中幽微数。借使程序尚未明显提出,就供给驾驭编写翻译器暗许的对齐模数值。下表是Windows
XP/DEV-C++和Linux/GCC中基本数据类型的尺寸和私下认可对齐模数。

char short int long float double long long long double
Win-32长度 1 2 4 4 4 8 8 8
模数 1 2 4 4 4 8 8 8
Linux-32长度 1 2 4 4 4 8 8 12
模数 1 2 4 4 4 4 4 4
Linux-64长度 1 2 4 8 4 8 8 16
模数 1 2 4 8 4 8 8 16

该格局为结构体类型,可是为了能在先后中接纳结构体类型的数额,还应有定义结构体类型的多少,并在里边存放具体的多寡。定义结构体类型变量有两种办法:

 

例子1:

struct my_struct 
{ 
    char a; 
    long double b; 
};

此例子Windows和Linux计算办法有个别许不雷同。

在Windows中总括步骤如下:

  1. 装有数据成员本身长度和:一B + 八B = 九B –> sum_a = 9B
  1. 多少成员a放在绝对偏移0处,此前不必要填充字节;数据成员b为了内部存款和储蓄器对齐,依照“结构体大小的测算办法和步子”中第2条规则,其对齐模数是8,在此以前需填充8个字节,sum_a +
    7 = 16B –> sum_b = 16 B
  2. 依照定义,结构体对齐模数是结构体内部最大数据成员长度和pragma
    pack中比较小者,前者为8后者为四,所以结构体对齐模数是四。sum_b是肆的4倍,不需另行对齐。

综上叁步,可见结构体的长度是1陆B,各数据成员在内部存款和储蓄器中的遍布如图1-一所示。

在Linux中总括步骤如下:

  1. 抱有数据成员自己长度和:1B + 1二B = 壹三B –> sum_a = 13B
  1. 多少成员a放在绝对偏移0处,在此以前没有须要填充字节;数据成员b为了内部存款和储蓄器对齐,依照“结构体大小的测算办法和步子”中第一条原则,其对齐模数是四,在此之前需填充二个字节,sum_a +
    3 = 16B –> sum_b = 16 B
  2. 遵照定义,结构体对齐模数是结构体内部最大额成员长度和pragma
    pack中相当小者,前者为1二传人为4,所以结构体对齐模数是四。sum_b是4的四倍,不需再度对齐。

综上三步,可见结构体的长度是16B,各数据成员在内部存款和储蓄器中的遍及如图一-二所示。

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本人是图片.jpg

一.先声称结构体类型,在概念该类型的变量

 

例子2:

#pragma pack(2) 
struct my_struct 
{ 
    char a; 
    long double b; 
}; 
#pragma pack()

事例壹和例子2差异之处在于例子第22中学采用了 #pragma pack(2)
编写翻译参数,它强制内定对齐模数是二。此例子Windows和Linux计算格局某个许不等同。

在Windows中总计步骤如下:

  1. 具备数据成员本身长度和:一B + 8B = 一叁B –> sum_a = 9B
  1. 多少成员a放在相对偏移0处,此前无需填充字节;数据成员b为了内部存款和储蓄器对齐,依照“结构体大小的乘除情势和手续”中第1条标准,其对齐模数是二,在此之前需填充三个字节,sum_a +
    1 = 10B –> sum_b = 10 B
  2. 坚守定义,结构体对齐模数是结构体内部最大数额成员长度和pragma
    pack中一点都不大者,前者为⑧后者为二,所以结构体对齐模数是二。sum_b是贰的伍倍,不需重新对齐。

综上3步,可见结构体的尺寸是十B,各数据成员在内部存款和储蓄器中的布满如图贰-1所示。

在Linux中计算步骤如下:

  1. 具备数据成员本身长度和:一B + 1贰B = 一三B –> sum_a = 13B
  1. 多少成员a放在相对偏移0处,此前没有供给填充字节;数据成员b为了内部存款和储蓄器对齐,依照“结构体大小的乘除方法和步子”中第三条规则,其对齐模数是贰,在此之前需填充2个字节,sum_a +
    1 = 14B –> sum_b = 14 B
  2. 依据定义,结构体对齐模数是结构体内部最大数据成员长度和pragma
    pack中十分小者,前者为8后者为贰,所以结构体对齐模数是二。sum_b是贰的7倍,不需另行对齐。

综上3步,可见结构体的长短是1四B,各数据成员在内部存款和储蓄器中的布满如图2-二所示。

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自家是图片.jpg

二.在表明类型的同时定义结构体变量

    public struct OneImageRow
    {
        [MarshalAs(UnmanagedType.ByValArray, SizeConst = 4)]
        public byte[] RelativePacketCount;
        [MarshalAs(UnmanagedType.ByValArray, SizeConst = 4)]
        public byte[] AbsolutePacketCount;
        [MarshalAs(UnmanagedType.ByValArray, SizeConst = 2)]
        public byte[] linehead;//行头
        [MarshalAs(UnmanagedType.ByValArray, SizeConst = 2)]
        public byte[] linenum;//行号
        [MarshalAs(UnmanagedType.ByValArray, SizeConst = 1024)]
        public byte[] imagedata;//图像数据512×2=1024字节

        public static string ByteToHex(byte[] bt)
        {
            var hex = BitConverter.ToString(bt, 0).ToUpper();
            return hex;
        }
    }

例子3:

struct my_struct 
{ 
    char a; 
    double b; 
    char c; 
}; 

前两例中,数据成员在Linux和Windows下都壹律,例3中double的对齐模数在Linux中是4,在Windows下是八,针对那种模数不平等的意况加以分析。

在Windows中总计步骤如下:

  1. 全数数据成员自个儿长度和:一B + 八B + 一B = 拾B –> sum_a = 10B
  1. 数码成员a放在相对偏移0处,在此之前无需填充字节;数据成员b为了内部存款和储蓄器对齐,依照“结构体大小的企图方法和步骤”中第三条规则,其对齐模数是八,此前需填充九个字节,sum_a +
    7 = 17B –> sum_b = 17B
  2. 依据定义,结构体对齐模数是结构体内部最大数目成员长度和pragma
    pack中比较小者,前者为8后者为8,所以结构体对齐模数是八。sum_b应该是8的整几倍,所以要在结构体后填充捌*3 –
    17 = 7个字节。

综上三步,可见结构体的长度是2四B,各数据成员在内存中的布满如图三-1所示。

在Linux中总括步骤如下:

  1. 富有数据成员本人长度和:一B + 八B + 一B = 十B,sum_a = 10B
  1. 数码成员a放在相对偏移0处,在此以前无需填充字节;数据成员b为了内存对齐,依据“结构体大小的企图办法和手续”中第二条原则,其对齐模数是四,在此之前需填充3个字节,sum_b
    = sum_a + 3 = 13B
  2. 依据定义,结构体对齐模数是结构体内部最大数目成员长度和pragma
    pack中相当的小者,前者为八后者为四,所以结构体对齐模数是肆。sum_b应该是肆的平头倍,所以要在结构体后填充4*4 –
    13 = 3个字节。

综上3步,可见结构体的长短是1陆B,各数据成员在内部存款和储蓄器中的分布如图三-贰所示。

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小编是图片.jpg

三.不点名项目名而平素定义结构体变量

 

例子4:

struct my_struct 
{ 
    char a[11]; 
    int b; 
    char c; 
}; 

此例子Windows和Linux总结办法一致,如下:

  1. 不无数据成员本身长度和:1壹B + 4B + 一B = 1陆B –> sum_a = 16B
  1. 数量成员a放在相对偏移0处,在此之前无需填充字节;数据成员b为了内部存储器对齐,遵照“结构体大小的妄图方法和步子”中第二条规则,其对齐模数是④,此前需填充三个字节,sum_a +
    1 = 17B –> sum_b = 17B
  2. 遵守定义,结构体对齐模数是结构体内部最大数目成员长度和pragma
    pack中相当的小者,前者为4后者为4,所以结构体对齐模数是4。sum_b是四的平头倍,需在结构体后填充4*5 –
    17 = 1个字节。

综上叁步,可见结构体的长短是20B,各数据成员在内部存款和储蓄器中的分布如图4所示。

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自己是图片.jpg

在概念结构体碧昂粮食,可以对它开头化,即予以开始值,然后能够引用那几个变量。

例子5:

struct my_test 
{ 
    int my_test_a; 
    char my_test_b; 
}; 

struct my_struct 
{ 
    struct my_test a; 
    double my_struct_a; 
    int my_struct_b; 
    char my_struct_c; 
};

事例5和前多少个例子均不一样,在此例子中大家要计算struct
my_struct的大小,而my_struct中嵌套了八个my_test结构体。那种结构体应该如何计算呢?原则是将my_test在my_struct中先实行,然后再总结,正是张开成如下结构体:

struct my_struct
{
    int my_test_a;
    char my_test_b;
    double my_struct_a;
    int my_struct_b;
    char my_struct_c;
}; 

此例子Windows中的计算方法如下:

  1. 持有数据成员本身长度和:肆B + 壹B + 8B + 四B + 一B= 1捌B –> sum_a
    = 18B
  1. 数码成员my_struct_a为了内部存款和储蓄器对齐,依据“结构体大小的测算形式和手续”中第壹条原则,其对齐模数是八,在此以前需填充一个字节:sum_a +
    3 = 21B –> sum_b = 21B
  2. 安分守纪定义,结构体对齐模数是结构体内部最大数据成员长度和pragma
    pack中十分小者,前者为八后者为八,所以结构体对齐模数是八。sum_b是八的平头倍,需在结构体后填充三*8 –
    21 = 3个字节。

综上三步,可见结构体的尺寸是2四B,各数据成员在内部存款和储蓄器中的布满如图伍所示。

此例子Linux中的总结办法如下:

  1. 有着数据成员自己长度和:4B + 一B + 捌B + 四B + 1B= 1八B,sum_a = 18B
  2. 数码成员my_struct_a为了内存对齐,依照“结构体大小的测算方法和步骤”中第二条规范,其对齐模数是4,以前需填充2个字节,sum_b
    = sum_a + 3 = 21B
  3. 依照定义,结构体对齐模数是结构体内部最大数额成员长度和pragma
    pack中非常的小者,前者为肆后者为四,所以结构体对齐模数是四。sum_b是四的整好几倍,需在结构体后填充陆*4 –
    21 = 3个字节。

综上三步,可见结构体的长度是2四B,各数据成员在内部存款和储蓄器中的分布如图伍所示。

图片 5

本人是图片.jpg

深夜上半程做习题,下半程全员到位长光程序猿培训核心第陆期开首典礼。

源代码附录

位置的例证均在Windows(VC++6.0)和Linux(GCC4.一.0)上测试注解。上边是测试程序。

#include <iostream>

#include <stdio.h>

using namespace std;

int main()
{
    cout << "sizeof(char)        = " << sizeof(char) << endl;
    cout << "sizeof(short)       = " << sizeof(short) << endl;
    cout << "sizeof(int)         = " << sizeof(int) << endl;
    cout << "sizeof(long)        = " << sizeof(long) << endl;
    cout << "sizeof(float)       = " << sizeof(float) << endl;
    cout << "sizeof(double)      = " << sizeof(double) << endl;
    cout << "sizeof(long long)   = " << sizeof(long long) << endl;
    cout << "sizeof(long double) = " << sizeof(long double) << endl << endl;    

    // 例子1
    {
        struct my_struct 
        { 
            char a; 
            long double b; 
        };
        cout << "exapmle-1: sizeof(my_struct) = " << sizeof(my_struct) << endl;

        struct my_struct data;

        printf("my_struct->a: %u\nmy_struct->b: %u\n\n", &data.a, &data.b);
    }

    // 例子2
    {
        #pragma pack(2) 
        struct my_struct 
        { 
            char a; 
            long double b; 
        }; 

        #pragma pack()
        struct my_struct data;

        cout << "exapmle-2: sizeof(my_struct) = " << sizeof(my_struct) << endl;

        printf("my_struct->a: %u\nmy_struct->b: %u\n\n", &data.a, &data.b);
    }

    // 例子3
    {
        struct my_struct 
        { 
            char a; 
            double b; 
            char c; 
        }; 

        struct my_struct data;

        cout << "exapmle-3: sizeof(my_struct) = " << sizeof(my_struct) << endl;

        printf("my_struct->a: %u\nmy_struct->b: %u\nmy_struct->c: %u\n\n", &data.a, &data.b, &data.c);
    }

    // 例子4
    {
        struct my_struct 
        {  
            char a[11];  
            int b;  
            char c;  
        };

        cout << "example-4: sizeof(my_struct) = " << sizeof(struct my_struct) << endl;

        struct my_struct data;
        printf("my_struct->a: %u\nmy_struct->b: %u\nmy_struct->c: %u\n\n", &data, &data.b, &data.c);
    }

    // 例子5 
    {
        struct my_test 
        { 
            int my_test_a; 
            char my_test_b; 
        }; 

        struct my_struct 
        { 
            struct my_test a; 
            double my_struct_a; 
            int my_struct_b; 
            char my_struct_c; 
        }; 
        cout << "example-5: sizeof(my_struct) = " << sizeof(struct my_struct) << endl;

        struct my_struct data;
        printf("my_struct->my_test_a  : %u\n"
            "my_struct->my_test_b  : %u\n"
            "my_struct->my_struct_a: %u\n"
            "my_struct->my_struct_b: %u\n"
            "my_struct->my_struct_c: %u\n", &data.a.my_test_a, &data.a.my_test_b, 
            &data.my_struct_a, &data.my_struct_b, &data.my_struct_c);
    }

    return 0;
}

进行理并了结果

//Linux localhost 3.4.6-2.10-desktop #1 SMP PREEMPT Thu Jul 28 19:20:26 UTC 2012 (641c197) x86_64 x86_64 x86_64 GNU/Linux
sizeof(char)        = 1
sizeof(short)       = 2
sizeof(int)         = 4
sizeof(long)        = 8
sizeof(float)       = 4
sizeof(double)      = 8
sizeof(long long)   = 8
sizeof(long double) = 16

exapmle-1: sizeof(my_struct) = 32
my_struct->a: 2163695552
my_struct->b: 2163695568

exapmle-2: sizeof(my_struct) = 18
my_struct->a: 2163695680
my_struct->b: 2163695682

exapmle-3: sizeof(my_struct) = 24
my_struct->a: 2163695648
my_struct->b: 2163695656
my_struct->c: 2163695664

example-4: sizeof(my_struct) = 20
my_struct->a: 2163695616
my_struct->b: 2163695628
my_struct->c: 2163695632

example-5: sizeof(my_struct) = 24
my_struct->my_test_a  : 2163695584
my_struct->my_test_b  : 2163695588
my_struct->my_struct_a: 2163695592
my_struct->my_struct_b: 2163695600
my_struct->my_struct_c: 2163695604

//Linux localhost 3.4.6-2.10-desktop #1 SMP PREEMPT Thu Jul 26 09:36:26 UTC 2012 (641c197) i686 i686 i386 GNU/Linux
sizeof(char)        = 1
sizeof(short)       = 2
sizeof(int)         = 4
sizeof(long)        = 4
sizeof(float)       = 4
sizeof(double)      = 8
sizeof(long long)   = 8
sizeof(long double) = 12

exapmle-1: sizeof(my_struct) = 16
my_struct->a: 3213889904
my_struct->b: 3213889908

exapmle-2: sizeof(my_struct) = 14
my_struct->a: 3213889890
my_struct->b: 3213889892

exapmle-3: sizeof(my_struct) = 16
my_struct->a: 3213889872
my_struct->b: 3213889876
my_struct->c: 3213889884

example-4: sizeof(my_struct) = 20
my_struct->a: 3213889852
my_struct->b: 3213889864
my_struct->c: 3213889868

example-5: sizeof(my_struct) = 24
my_struct->my_test_a  : 3213889828
my_struct->my_test_b  : 3213889832
my_struct->my_struct_a: 3213889836
my_struct->my_struct_b: 3213889844
my_struct->my_struct_c: 3213889848

//CYGWIN_NT-6.1 motadou-PC 1.7.20(0.266/5/3) 2013-06-07 11:11 i686 Cygwin
sizeof(char)        = 1
sizeof(short)       = 2
sizeof(int)         = 4
sizeof(long)        = 4
sizeof(float)       = 4
sizeof(double)      = 8
sizeof(long long)   = 8
sizeof(long double) = 12

exapmle-1: sizeof(my_struct) = 16
my_struct->a: 2272336
my_struct->b: 2272340

exapmle-2: sizeof(my_struct) = 14
my_struct->a: 2272322
my_struct->b: 2272324

exapmle-3: sizeof(my_struct) = 24
my_struct->a: 2272296
my_struct->b: 2272304
my_struct->c: 2272312

example-4: sizeof(my_struct) = 20
my_struct->a: 2272276
my_struct->b: 2272288
my_struct->c: 2272292

example-5: sizeof(my_struct) = 24
my_struct->my_test_a  : 2272248
my_struct->my_test_b  : 2272252
my_struct->my_struct_a: 2272256
my_struct->my_struct_b: 2272264
my_struct->my_struct_c: 2272268