结构体 位段 联合 枚举进阶解析

目录

一、结构体

二、位段

三、联合体（共用体）

四、枚举类型

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一、结构体

1.内存对齐

何为内存对齐呢？

编译器为程序中的每个“数据单元”安排在适当的位置上。

对于大部分程序员来说，内存对齐是“透明”状态的，它归属于编译器管辖，但计算结构体大小，我们就必须清晰了解内存对齐。

以下是内存对齐的规则：

1. 第一个成员在与结构体变量偏移量为0的地址处。

2. 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。

3. 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。

4. 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。

特注：vs编译器默认对齐数为8

来看下面这段代码，算算下面结构体的大小

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

在不了解内存对齐之前，依照我们的惯性思维来计算的话，此结构体大小应该是1+4+1=6个字节大小，但我们在编译器底下运行一遍，却发现结构体大小实际值却不是这个值，而是12字节。

 为什么？依照上面的对齐规则，c1是1个字节大小，对齐数为1，默认对齐数为8（vs），所以变量c1的对齐数为较小值1，同理，i的对齐数为4，c2的对齐数为1，整个结构体的对齐数就是三者之间的最大值4。但是按照对齐规则，结构体总大小为最大对齐数的整数倍，此处取8肯定不可取，因为在分配完三个变量的大小之后，结构体已经占用了九个字节的内存大小，其中被黑色×掉的是无用（被主动浪费的内存单元）后文会讲这样做的原因。所以结构体大小便是12。

 所以为什么结构体中存在内存对齐呢？其实这是一种 以空间换取时间的思维。

官方解释如下：

a. 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。

b. 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。

在设计结构体的时候，我们也要注意尽量节省空间。

struct S1
{
 char c1;
 int i;
 char c2;
};
struct S2
{
 char c1;
 char c2;
 int i;
};

例如相同的代码，struct S2便更优，占用空间更少。

2.修改默认对齐数

我们需要使用预处理指令（后续博客会补充）

#pragma pack（n）n为修改后的默认对齐数的值。

结构在对齐方式不合适的时候，我么可以自己更改默认对齐数。

3.结构体传参

在结构体传参的时候，我们有传参和传址两种选择。

但是：

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。

所以一般我们都选择传址。

二、位段

1.位段与结构

位段与结构体的声明十分相似，大致有两点区别

a. 位段的成员必须是 int 、 unsigned int 或 signed int 。

b. 位段的成员名后边有一个冒号和一个数字。

struct A {
 int _a:2;
 int _b:5;
 int _c:10;
 int _d:30;
};

此处，A便是一个位段。

2.计算位段内存大小

算算上代码中位段的内存大小

_a占两个bit，_b占五bit，int开辟32bit，可存下_a,_b,_c，存不下_d,再开辟一个字节，存放_d，所以此位段占两个int大小，即8个字节。

3.位段的跨平台问题

a. int 位段被当成有符号数还是无符号数是不确定的。

b. 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。

c. 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。

d. 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

三、联合体（共用体）

1.联合体的特点

联合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。

如下图，union Un便是一个联合体

union Un
{
	char c;
	int i;
};

算算它的大小

补充：联合体大小计算规则

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。

结果为4字节。

union Un
{
	char c;
	int i;
};
union Un un;
int main()
{
	printf("%d\n", sizeof(union Un));
	printf("%p\n", &un);
	printf("%p\n", &(un.i));
	printf("%p\n", &(un.c));
	return 0;
}

我们打印它的地址

可以发现联合体内变量使用的是同一块内存空间

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）。

2.联合体的应用范围

 例如上图的应用场景，一个成员的组成元素只能是两个中的一个，这时使用联合体可以大大节省空间。

四、枚举类型

1.介绍

枚举就是，把可能的取值一一列举。

定义一个枚举类型时，第一个元素默认值为0，然后第二个元素为1...依次递增

但我们也可以给枚举变量赋值，使得枚举更加灵活方便，例如：

enum Color//颜色
{
 RED=1,
 GREEN=2,
 BLUE=4
};

2.枚举的优点

a. 增加代码的可读性和可维护性

b. 和#define定义的标识符比较枚举有类型检查，更加严谨。

c. 防止了命名污染（封装）

d. 便于调试

e. 使用方便，一次可以定义多个常量

欢迎多多交流，一起进步！