结构体的声明
常规的结构的声明太过简单常见,不再过多阐述。
特殊声明
在声明结构体的时候可以不完全的声明
struct
{
int i;
double d;
char c;
}x;
struct
{
int i;
double d;
char c;
}arr[10], * px, x1;
注意到上面两个结构体的声明并没有标签
也就是说我们只能在声明结构体的时候创建变量,一旦声明结束,就再也找不到这个结构体的标签,自然无法使用它创建变量。
那么还要一个问题:
上面的 x1和x一样吗?
或者说下面这个代码非法吗?
px = &x;
警告:
编译器会把上面的两个声明当成完全不同的两个类型。
所以是非法的。
结构的自引用
在结构体中包含一个类型为该结构本身的成员可行吗?
//代码1
struct Node
{
int data;
struct Node next;
};
//可行否?
如果可以,那sizeof(struct Node)是多少?
显然这是不行的,它会无休止的递归下去,非法。
正确打开方式:
//代码2
struct Node
{
int data;
struct Node* next;
};
而结构体中包含一个自身结构体的指针就不存在这个问题了,结构体的大小是确定的,并且可以在结构体中访问和自身类型一样的结构体。
每次定义变量都要加个struct实在麻烦,我们使用typedef将代码简化一下,下面对吗?
//代码3
typedef struct
{
int data;
Node* next;
}Node;
//这样写代码,可行否?
//答案是不行的,在结构体内typedef还没有将这个类型重新定义一个名字,自然无法使用这个新类型。
//解决方案:
typedef struct Node
{
int data;
struct Node* next;
}Node;
结构体变量的定义和初始化
有结构体的声明,那么定义一个结构体再简单不过了,就和定义普通变量一样就好。
struct Point
{
int x;
int y;
}p1; //声明类型的同时定义变量p1,p1是全局的
struct Point p2; //定义结构体变量p2,全局的
//初始化:定义变量的同时赋初值。
struct Point p3 = { x ,y };//类似数组初始化
struct Stu //类型声明
{
char name[15];//名字
int age; //年龄
};
struct Stu s = { "zhangsan", 20 };//初始化
struct Node
{
int data;
struct Point p;
struct Node* next;
}n1 = { 10, {4,5}, NULL }; //结构体嵌套初始化
struct Node n2 = { 20, {5, 6}, NULL };//结构体嵌套初始化
结构体内存对齐
我们已经掌握了结构体的基本使用了。
现在我们深入讨论一个问题:计算结构体的大小。这也是一个特别热门的考点: 结构体内存对齐
试试计算下面结构体的大小
//练习1
struct S1
{
char c1;
int i;
char c2;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S1));
//练习2
struct S2
{
char c1;
char c2;
int i;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S2));
//练习3
struct S3
{
double d;
char c;
int i;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S3));
//练习4-结构体嵌套问题
struct S4
{
char c1;
struct S3 s3;
double d;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S4));
难道对齐数只是成员变量大小的简单相加吗?
显然不是,要考虑一些其他问题设计结构体。
考点
如何计算?
首先得掌握结构体的对齐规则:
第一个成员在与结构体变量偏移量为0的地址处。
其他成员变量要对齐到某个数字(对齐数)的整数倍的地址处。
对齐数 = 编译器默认的一个对齐数 与 该成员大小的较小值。
VS中默认的值为8
结构体总大小为最大对齐数(每个成员变量都有一个对齐数)的整数倍。
如果嵌套了结构体的情况,嵌套的结构体对齐到自己的最大对齐数的整数倍处,结构体的整体大小就是所有最大对齐数(含嵌套结构体的对齐数)的整数倍。
为什么会存在内存对齐
参考
- 平台原因(移植原因):
不是所有的硬件平台都能访问任意地址上的任意数据的;某些硬件平台只能在某些地址处取某些特定类型的数据,否则抛出硬件异常。
- 性能原因:
数据结构(尤其是栈)应该尽可能地在自然边界上对齐。原因在于,为了访问未对齐的内存,处理器需要作两次内存访问;而对齐的内存访问仅需要一次访问。
简单说:
结构体的内存对齐是拿空间来换取时间的做法。
那我们如何设计一个个结构体,既满足我们的使用又可以更节省空间
让小的成员尽量集中在一起
//例如:
struct S1
{
char c1;
int i;
char c2;
};
struct S2
{
char c1;
char c2;
int i;
};
来计算一下它们的大小。
S1 = 4 + 4 + 4 = 12
S2 = 1 + 1 + 2 + 4 = 8
虽然成员一模一样但因为位置不同,大小也不同。
修改默认对齐数
之前我们见过了 #pragma
这个预处理指令,这里我们再次使用,可以改变我们的默认对齐数。
通常是#pragma once
,用来防止头文件的重复包含。
#include <stdio.h>
#pragma pack(8)//设置默认对齐数为8
struct S1
{
char c1;
int i;
char c2;
};
#pragma pack()//取消设置的默认对齐数,还原为默认
#pragma pack(1)//设置默认对齐数为1
struct S2
{
char c1;
int i;
char c2;
};
#pragma pack()//取消设置的默认对齐数,还原为默认
int main()
{
//输出的结果是什么?
printf("%d\n", sizeof(struct S1));
printf("%d\n", sizeof(struct S2));
return 0;
}
在对齐方式不太合理时,我们可以修改默认默认对齐数。
写一个宏,计算结构体中某变量相对于首地址的偏移,并给出说明。
offsetof 宏的实现
#define offsetof(S,m) &(((S*)0)->m)
S为类型,m为成员变量名。
将0强制转换为一个S结构体的地址,那么我们只要取得成员变量的地址就是偏移量了。
结构体传参
代码:
struct S
{
int data[1000];
int num;
};
struct S s = { {1,2,3,4}, 1000 };
//结构体传参
void print1(struct S s)
{
printf("%d\n", s.num);
}
//结构体地址传参
void print2(struct S* ps)
{
printf("%d\n", ps->num);
}
int main()
{
print1(s); //传结构体
print2(&s); //传地址
return 0;
}
函数传参的时候,参数是需要压栈,会有时间和空间上的系统开销。
如果传递一个结构体对象的时候,结构体过大,参数压栈的的系统开销比较大,所以会导致性能的下降。
结论:尽量选择结构体传地址。
位段
什么是位段
位段的声明和结构是类似的,有两个不同:
- 位段的成员必须是 int、unsigned int 或signed int 。
- 位段的成员名后边有一个冒号和一个数字。
- 位段山给的空间是安装需要4个字节或一个字节的方式开辟的。
- 位段不跨平台,注重可移植的程序慎用。
比如:
struct A
{
int _a : 2;//占2个bit
int _b : 5;//占5个bit
int _c : 10;//占10个bit
int _d : 30;//占30个bit,_d会全部放入新空间与否,这是不确定的。
};
printf("%d", sizeof(struct A));
并且这里的 _a, _b , _c , _d 不能超过其类型的大小,这里是int所以都不能超过32个bit。
A就是一个位段类型。
那么位段A的大小是多少?
输出:
8
这个大小很奇怪,所以先了解一下位段的内存分配方式。
成员空间的开辟方式
- 位段中全为int, 所以开辟1个(int),即4个byte。
- 将成员依次放入。
- 若空间不够,再次开辟4byte
至于不够的空间是会继续使用,还是弃用,这都是不确定的,即标准未定义,在VS下,不够用的空间会直接舍弃,而将数据全放入新空间。
在VS中
- 将每个成员的数据放入开辟好的内存中是先放到低bit位的
- 当上一个开辟的空间不够下一个成员使用,则上一个空间会被浪费。
- 每次开辟新空间,从低地址向高地址开辟。
- 若数据的bit位数多余我们给他的bit位数,那么会截断。
位段的内存分配
- 位段的成员可以是 int unsigned int signed int 或者是 char (属于整形家族)类型
- 位段的空间上是按照需要以4个字节( int )或者1个字节( char )的方式来开辟的。
- 位段涉及很多不确定因素,位段是不跨平台的,注重可移植的程序应该避免使用位段。
struct S
{
char a : 3;
char b : 4;
char c : 5;
char d : 4;
};
int main()
{
struct S s = { 0 };
s.a = 10;
s.b = 12;
s.c = 3;
s.d = 4;
//空间是如何开辟的?
return 0;
}
如图:
![image-20220518224557842](https://cdn.jsdelivr.net/gh/sxfinn/CDN/img/202212021610820.png)
位段跨平台问题
- int 位段被当成有符号数还是无符号数是不确定的。
- 位段中最大位的数目不能确定。(16位机器最大16,32位机器最大32,写成27,在16位机器会出问题。
- 位段中的成员在内存中从左向右分配,还是从右向左分配标准尚未定义。
- 当一个结构包含两个位段,第二个位段成员比较大,无法容纳于第一个位段剩余的位时,是舍弃剩余的位还是利用,这是不确定的。
位段的应用
总结:与结构相比,位段可以达到同样的效果,可以很好的节省空间。
枚举
枚举顾名思义就是一一列举咯
在概率论中也常常会用到这种枚举思想。
比如我们现实生活中:一周的周一到周日我们可以一一列举出来,则有穷就可以枚举。
枚举类型的定义
enum Day//星期
{
Mon,
Tues,
Wed,
Thur,
Fri,
Sat,
Sun
};
enum Sex//性别
{
MALE,
FEMALE,
SECRET
};
enum Color//颜色
{
RED,
GREEN,
BLUE
};
以上定义的enum Day, enum Sex, enum Color都是枚举类型
{}中的是枚举类型的可能取值,也叫做枚举常量。
这些可能取值都是数值,默认从0开始逐个增加1,也可在定义的时候赋值。
enum Color//颜色
{
RED = 1,
GREEN = 2,
BLUE = 4
};
如果我们没有赋值的话,那么默认值是从0 到 2.
枚举的优点
我们可以使用 #define 定义常量,为什么非要使用枚举?
枚举的优点:
- 增加代码的可读性和可维护性;
- 和#define定义的标识符比较枚举有类型检查,更加严谨;
- 防止了命名污染(封装);
- 便于调试;
- 使用方便,一次可以定义多个常量;
enum Color//颜色
{
RED = 1,
GREEN = 2,
BLUE = 4
};
enum Color clr = GREEN;//只能拿枚举常量给枚举变量赋值,才不会出现类型的差异。
clr = 5;
总结:枚举类型和#define
有相似之处,枚举变量的取值只能在枚举常量中去取,但是由于认为常量是整形,所以其大小也是一个整形,硬要给枚举变量赋值一个int的值,也不会出什么问题, 因此 int
的变量也是可以被枚举常量赋值的。
联合(共用体)
联合类型的定义
联合也是一种特殊的自定义类型。
这种类型定义的变量也包含一系列的成员,特征是这些成员公用同一块空间(所以联合也叫共用体)。
比如:
//联合类型的声明
union Un
{
char c;
int i;
};
//联合变量的定义
union Un un;
//计算连个变量的大小
printf("%d\n", sizeof(un));
联合的大小是成员大小的累加吗?
联合的特点
联合的成员是共用同一块内存空间的,这样一个联合变量的大小,至少是最大成员的大小(因为联合至少得有能力保存最大的那个成员)。
union Un
{
int i;
char c;
};
union Un un;
// 下面输出的结果是一样的吗?
printf("%d\n", &(un.i));
printf("%d\n", &(un.c));
//下面输出的结果是什么?
un.i = 0x11223344;
un.c = 0x55;
printf("%x\n", un.i);
输出:
i 和 c的地址是一样的,那就意味成它们的首地址是一样的。
再来看看修改c后,i的值也变了,那这就足以说明在联合中成员是共用一块内存的。
注意这里修改c的值影响i还受到大小端字节序的问题。
判断当前机器大小端
int main()
{
int a = 1;
char* pc = (char*)&a;
if (*pc == 1)
printf("小端\n");
else
printf("大端\n");
return 0;
}
取出 a 的首地址,首地址是第一个字节,即低地址,用char* 的指针接收,访问当前字节的内容,如果数值为 1 ,就说明 首地址 存储的是低位,即低位存储在低地址处,即小端,反之大端。
联合大小的计算
- 联合的大小至少是最大成员的大小。
- 当最大成员大小不是最大对齐数的整数倍的时候,就要对齐到最大对齐数的整数倍。
比如:
union Un1
{
char c[5];
int i;
};
union Un2
{
short c[7];
int i;
};
//下面输出的结果是什么?
printf("%d\n", sizeof(union Un1));
printf("%d\n", sizeof(union Un2));
注意:当联合中存在数组时,那么该成员的对齐数,是其元素的大小和默认对齐数的较小值,结构中也是如此。
标签:位段,15,进阶,自定义,int,char,对齐,结构,struct From: https://www.cnblogs.com/ncphoton/p/16950159.html