文章目录

    • 结构体
      • 结构体的声明
        • 结构体的基础知识
        • 结构体的声明
        • 特殊的声明
        • 结构体的自引用
        • 结构体变量的定义和初始化
        • 结构体的内存对齐
        • 修改默认对齐数
        • 结构体传参
      • 位段
        • 什么是位段
        • 位段的内存分配
        • 位段的跨平台问题
        • 位段的应用
      • 枚举
        • 枚举类型的定义
        • 枚举的优点
      • 联合(共用体)
        • 联合类型的定义
        • 联合体的特点
        • 联合体大小的计算

本章重点

  • 结构体

    • 结构体类型的声明

    • 结构体的自引用

    • 结构体变量的定义和初始化

    • 结构体内存对齐

    • 结构体实现位段(位段的填充&可移植性)

  • 枚举

    • 枚举类型的定义

    • 枚举的优点

    • 枚举的使用

  • 联合

    • 联合类型的定义

    • 联合的特点

    • 联合大小的计算

结构体

结构体的声明

结构体的基础知识

结构是一些值的集合,这些值成为成员变量。结构的每个成员可以是不同类型的变量

结构体的声明

struct Book {char book_name[20];char author[20];int price;char id[20];};

分号前面可以加结构体变量,是全局变量

特殊的声明

在声明结构的时候,可以不完全声明

struct {char book_name[20];char author[20];int price;char id[20];}sb1, sb2;

这个在声明的时候省略了结构体的标签,也叫作匿名结构体类型只能使用一次

那么问题来了?

struct {char book_name[20];char author[20];int price;char id[20];}sb1;struct {char book_name[20];char author[20];int price;char id[20];}* ps;int main() {ps = &sb1;return 0;}

警告:编译器会把上面的两个声明当成完全不相同的类型。所以是非法的

结构体的自引用

使用场景,就是链表当中

struct Node {int data;struct Node* next;};

结构体变量的定义和初始化

有了结构体那么如何定义变量,

struct Node {int data;struct Node* next;};struct Point {int x;int y;}p1;//声明类型的同时定义变量p1struct Point p2;//定义结构体变量p2//初始化:定义变量的同时赋值struct Point p3 = { x, y };

结构体的内存对齐

struct S1 {char c1;int i;char c2;};struct S2 {char c1;char c2;int i;};#include  int main(){printf("%d\n", sizeof(struct S1));printf("%d\n", sizeof(struct S2));}

结果是什么?

这是因为什么那?

就是结构体内存对齐,这里在介绍一个函数

offsetof,

offsetof (type,member),这个函数的功能就是计算结构体成员相对于起始位置的偏移量

这是对应的偏移量,所以怎么画图那(这是根据偏移量计算的)

如何结算?

首先掌握结构体对齐的规则:

  1. 第一个成员在与结构体变量偏移量为0的地址处
  2. 第二个成员开始,要对齐到某个【对齐数】的整数倍到的偏移处,对齐数:结构体成员自身大小和默认对齐数的较小值

VS: 8

Linux: 默认不设对齐数(对齐数是结构体成员的自身大小)

  1. 结构体的总大小,必须是最大对齐数的整数倍。每个结构体成员都有一个对齐数,其中最大的对齐数就是最大对齐数。
  2. 如果嵌套了结构体的情况,潜逃的结构体对齐到自己的最大对齐数的整数倍,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。

为什么存在内存对齐的规则?

  1. 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的数据类型,否则抛出硬件异常
  2. 性能原因:数据结构(尤其是栈)应该尽可能的在自然边界上对齐,原因在于,为了访问未对齐的内存,处理器需要操作两次内存访问;而对齐的内存仅需要一次访问

总体来说:

结构体的内存对齐是拿空间来换取时间的做法

修改默认对齐数

设置默认对齐数:

#pragma pack(8) //设置默认对齐数为8

#pragma pack()//恢复默认对齐数

结构体传参

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;}

首选print2函数原因:

函数传参的时候,是需要压栈的,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,参数压栈的系统开销比较大,所以会导致性能下降

结论

结构体传参的时候,是要传结构体的地址的

位段

结构体说完就得说说结构体实现位段的能力

什么是位段

  1. 位段的成员必须是int,unsigned int, signed int
  2. 位段的成员后边有一个冒号和一个数字

比如:

struct A {int a : 2;int b : 5;int c : 10;int d : 30;};

位段中的位其实是二进制位,后面的2就是表示2个比特位,后面也是如此

位段的内存分配

#include 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?

最后在内存中的结果应该是:

我们在编译器上来看看,到底是什么?

位段的跨平台问题

  1. int位段被当成有符号数还是无符号数是不确定的
  2. 位段中最大的数目不能确定(16位机器最大16,32位机器最大32,写成27,在16位机器会出现问题)
  3. 位段中的成员的内存从左到右分配还是从右到左分配标准尚未定义
  4. 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是时,是舍弃剩余的位还是利用,这是不确定的

总结

跟结构相比,位段可以达到同样的效果,但是可以很好的节省空间,但是有跨平台的问题存在

位段的应用

枚举

枚举顾名思义就是一一列举,把可能的取值一一列举

枚举类型的定义

#include enum Color {//枚举的可能取值//每一个可能的取值是常量RED,GREEN,BLUE};int main() {enum Color color = RED;return 0;}

这些可能取值是都是有值的默认是从0开始,一次递增1,当然在定义的时候也可以赋初始值

枚举的优点

  1. 增加代码的可读性和可维护性
  2. 和#define定义的标识符比较枚举有类型检查,更加严谨
  3. 防止了命名污染(封装)
  4. 便于调试
  5. 使用方便,一次可以定义多个常量

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,特征是这些成员共用一块空间(所以联合也叫共用体)

#include union Un {char c;int i;};int main() {union Un un;printf("%d\n", sizeof(union Un));}

联合体的特点

联合的成员是共用一块内存空间的,这样一个联合变量的大小,至少是最大成员的大小(因为联合至少有能力保存最大的成员)

之前写的大端小端判断在这里用共用体同样可以解决:

#include union Un {char c;int i;}u;int main() {u.i = 1;if (u.c == 1) {printf("小端\n");}else {printf("大端\n");}return 0;}

联合体大小的计算

  • 联合体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,就要对齐最大对齐数的整数倍