（嵌入式八股）第9章 嵌入式常考手撕题(一)：嵌入式基础相关！

相比于前后端算法，嵌入式手撕题并不追求极限难度，而是更强调实际开发中的核心技能。经过累计100+场嵌入式面试实战，我发现无论是大厂还是中小企业（如 汇川、Momenta、算能科技 等），都会重点考察嵌入式基础相关的手撕代码。

然而，这些 高频考题往往不会出现在 LeetCode 热门题库或Hot100，导致许多同学在备战时容易忽略这一关键部分（比如结构体大小计算，位运算等等）。但在实际面试中，这些题目考察手撕的频率极高！甚至远远超过力扣里面的题目！！

为了帮助大家更高效备战，我将这些 不在力扣，却被频繁考察的嵌入式手撕题悉心整理，总结在这一篇文章里。希望能助你稳扎稳打，真正提升上岸率，避免在技术面“被卡”！

9.1 结构体对齐

1. 结构体对齐步骤

结构体的对齐主要遵循以下步骤：

步骤 1: 确定成员变量的大小和自身对齐字节数

每个数据类型在不同的环境下有不同的字节大小，常见情况如下（假设 64 位系统）：

步骤 2: 按顺序放置成员变量，并根据其对齐要求调整偏移量

• 每个成员变量的起始地址必须是其对齐字节数的倍数。
• 如果当前地址不满足对齐要求，需要添加 填充字节（padding） 使其对齐。

步骤 3: 计算结构体的总大小

• 结构体的总大小必须是 结构体最大对齐字节数 的倍数。
• 如果不满足，则在末尾填充（padding）直到满足对齐规则

2. 结构体对齐规则

结构体的对齐主要有以下规则：

3. 代码示例

struct A：

struct B：

4. 结论

1. 结构体对齐是为了提高内存访问效率，避免跨字对齐带来的性能损失。
2. 结构体大小取决于最大对齐字节数的倍数，会因为填充字节而变大。
3. 优化结构体成员顺序 可以 减少填充字节，降低内存浪费。

9.2 修改默认对齐数指令: #pragma pack(n)

我们可以使用 #pragma pack(n) 指令来 修改结构体的默认对齐数，从而改变结构体的大小。

#pragma pack(n) 指定所有后续结构体成员的对齐方式，#pragma pack() 可以将对齐方式恢复为默认值。

1. #pragma pack(n) 的使用

语法：

其中 n 表示结构体成员的 最大对齐数，即结构体内的所有变量不会超过 n 进行对齐。

2. 示例代码

1. DefaultAlign 结构体（默认对齐方式，大小 8 字节）

• int a 4 字节，偏移量 0
• char b 1 字节，偏移量 4
• 填充 1 字节（使 short c 对齐到 2 字节）
• short c 2 字节，偏移量 6
• 结构体总大小 8（符合 4 字节对齐）

2. Pack1Align 结构体（1 字节对齐，大小 7 字节）

• int a 4 字节，偏移量 0
• char b 1 字节，偏移量 4
• short c 2 字节，偏移量 5（无填充）
• 结构体总大小 7

由于 #pragma pack(1) 强制 所有成员以 1 字节对齐，所以 c无需填充，结构体大小减少为 7 字节。

结论

1. 默认对齐方式 遵循系统对齐规则，结构体大小为 8 字节。
2. #pragma pack(1) 取消对齐填充，减少结构体大小，最终大小为 7 字节。
3. 降低对齐可能影响性能，适用于存储敏感场景（如二进制文件、协议解析）。
4. 建议使用 offsetof() 确保结构体布局符合预期。

9.3 类大小计算

类的大小（sizeof(class)） 取决于 成员变量、内存对齐规则、继承方式、虚函数等。将详细介绍如何计算 类的大小 并通过代码示例进行验证。

1. 计算规则

2. 基础示例：无继承，无虚函数

计算过程

3. 影响类大小的因素

（1）静态成员不占用对象空间

（2）空类的大小

• C++ 规定空类必须占用 至少 1 字节，以确保不同对象有 唯一地址。

（3）继承影响类的大小

4. 虚函数对类大小的影响

（1）单个虚函数

（2）多重继承的 vptr 影响

5. 结构体 vs 类的大小：普通 struct 和 class

• struct 和 class 的大小规则 完全相同，区别仅在 默认访问权限。

6. 结论

9.4 位操作

1. 基本概念

位操作是对 整数的二进制位 进行 直接操作，可以实现高效的数值处理。

2. 左移（<<）

功能

左移操作 x << N相当于 x * 2^N，即 乘以 2 的 N 次方。

示例

3. 右移（>>）

功能

右移操作 x >> N相当于 x / 2^N，即 除以 2 的 N 次方，只取整数部分。

代码

4. 提取某个字节

功能

提取整数 x 的指定字节（从右往左编号为 0-3）。

代码

5. 提取某一位

功能

提取 x 的某一位（bit 位）。

代码

6. 清零某一位

功能

将 x 的 bit 位置零。

代码

7. 置1某一位

功能

将 x 的 bit 位置 1。

代码

8. 翻转某一位

功能

翻转 x 的 bit 位。

代码

9.5 大小端判断

在计算机体系结构中，大小端（Big-Endian & Little-Endian） 描述的是多字节数据在内存中的存储顺序：

• 大端（Big-Endian）：高字节存储在低地址，低字节存储在高地址（高位优先）。
• 小端（Little-Endian）：低字节存储在低地址，高字节存储在高地址（低位优先）。

方法一：使用指针访问整数的最低字节

方法二：使用 union 联合体

• test.b 访问的是 最低字节（0x00），输出 "大端"。

方法三：使用 stdint.h 进行通用检查

赋值 0x12345678 并用 uint8_t* 指针按字节访问：

小端存储：

内存存储顺序: 78 56 34 12

大端存储：

内存存储顺序: 12 34 56 78

结论

9.6 求一个整数的二进制表示中 1 的个数

基本思想

核心是：

1. 判断最低位是否是 1：通过 i & 1 与操作，检查 i 的最低位是否是 1。
2. 计数 1 的个数：如果 i & 1 结果为 1，则计数器 ret++。
3. 右移 i：执行 i = i >> 1，相当于将 i 除以 2，不断移除最低位。
4. 循环进行，直到 i == 0。

代码实现

优化方法：Brian Kernighan 算法

原方法的时间复杂度是 O(32)，因为最多执行 32 次 while 循环（对于 int 类型）。 可以优化为 O(k)（k 是二进制 1 的个数），使用 Brian Kernighan 算法：

核心优化点：

9.7 判断一个数是否为2的幂

算法原理

一个数是 2 的幂，它的 二进制表示只有 1 个 1，其余都是 0：

如果 n 是 2 的幂：

n - 1 的二进制表示 全是 1：

位与操作n & (n - 1)：结果必须是 0如果 n & (n-1) == 0，则 n 是 2 的幂。

代码实现