本文详细介绍了C语言中的结构体、枚举和联合的概念及应用。结构体允许存储不同类型的数据，其内存对齐规则对程序性能有重要影响。枚举提供了可读性强且易于维护的常量定义。联合则是一类成员共享同一内存空间的特殊类型，其大小至少等于最大成员的大小。此外，文章还讨论了内存对齐的原因和位段的跨平台问题。
结构体
结构是 C 编程中另一种用户自定义的可用的数据类型，它允许您存储不同类型的数据项。
结构体的声明
struct tag
{ member-list;
} variable-list ;
例如一个学生结构体类型声明:
struct Stu
{
char name[20];//名字
int age;//年龄
char sex[5];//性别
char id[20];//学号
}；//分号不能丢
在声明结构的时候，也可以不完全的声明。
//匿名结构体类型
struct
{
int a;
char b;
float c;
}x;
struct
{
int a;
char b;
float c;
}a[20], *p;p = &x;//错误,编译器会将两个声明当成完全不同的两个类型.
结构体变量的定义和初始化
struct Point
{
int x;
int y;
}p1; //声明类型的同时定义变量p1
struct Point p2; //定义结构体变量p2
//初始化：定义变量的同时赋初值。
struct Point p3 = {x, y};
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
结构体内存对齐
首先我们要知道结构体内存对齐规则:
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。 VS中默认的值为8 ,Linux中的默认值为4
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。
其中结构体成员偏移量我们可以通过offsetof库(头文件:)函数求出;
#include <stdlib.h>
#include<stddef.h>
struct S1
{
char c1;
char c2;
int i;
};
int main()
{
printf("%d\n", offsetof(struct S1, c1));
printf("%d\n", offsetof(struct S1, c2));
printf("%d\n", offsetof(struct S1, i));
system("pause");
return 0;
}
结果:
其次了解上面规则之后我们看下以下几个例子:
//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));
运行结果:
接下来我们分析下这几个结果原因:
//练习1
struct S1
{
char c1; //类型大小1 默认对齐数8 所以对齐数取1
int i; //类型大小4 默认对齐数8 所以对齐数取4
char c2; //类型大小1 默认对齐数8 所以对齐数取1
};
printf("%d\n", sizeof(struct S1));//练习2
struct S2
{
char c1; //类型大小1 默认对齐数8 所以对齐数取1
char c2; //类型大小1 默认对齐数8 所以对齐数取1
int i; //类型大小4 默认对齐数8 所以对齐数取4
};
printf("%d\n", sizeof(struct S2));//练习3
struct S3
{
double d; //类型大小8 默认对齐数8 所以对齐数取8
char c; //类型大小1 默认对齐数8 所以对齐数取1
int i; //类型大小4 默认对齐数8 所以对齐数取4
};
printf("%d\n", sizeof(struct S3));
如图，struct S1存储了9字节，其最大对齐数为4，9不是4的整数倍，所以struct S1的大小为3*4=12；struct S2的存储了5个字节，其最大对齐数为4，所以struct S2的大小是2*4=8。struct S3的存储了15个字节，其最大对齐数为4，所以struct S3的大小是4*4=16。
//练习4-结构体嵌套问题
struct S4
{
char c1; //类型大小1 默认对齐数8 所以对齐数取1
struct S3 s3; // S3最大对齐数为8 默认对齐数8 所以对齐数取8
double d; //类型大小8 默认对齐数8 所以对齐数取8
};
printf("%d\n", sizeof(struct S4));
如图，struct S1存储了31字节(包括了S3的16个), 最大对齐数为8,所以为4*8=32.
为什么存在内存对齐?
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
处取某些特定类型的数据，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。
结构体的内存对齐是拿空间来换取时间的做法
所以通过上面1,2,3例子,在设计结构体的时候，假如我们既要满足对齐，又要节省空间，那就可以：让占用空间小的成员尽量集中在一起。
修改默认对齐数 (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。)
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include<stddef.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8
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));// 结果12
printf("%d\n", sizeof(struct S2));// 结果 6
system("pause");
return 0;
}
结构体传参
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
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 结果 1000
print2(&s); //传地址 结果 1000
system("pause");
return 0;
}
上面的print1 和print2 函数哪个好些？
答案是：首选print2函数。原因：
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： 结构体传参的时候，要传结构体的地址.
位段
位段的声明和结构是类似的，有两个不同：
1.位段的成员必须是int、unsigned int 或signed int 。
2.位段的成员名后边有一个冒号和一个数字。
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
struct A
{
int _a : 2;
int _b : 5;
int _c : 10;
int _d : 30;
};
int main()
{
printf("%d\n", sizeof(struct A));
system("pause");
return 0;
}
结果:
分析:一个int 4个字节,32个比特位,前三个a,b,c共占用17个比特位,d需要30个比特位,显然一个int不够分配,故新开辟一个int,所以下面测量struct A 字节长度时为两个int的长度,故为8.
位段的内存分配:
1. 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
2. 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。
3. 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。
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
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;
system("pause");
return 0;
}
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. 位段中最大位的数目不能确定。
3. 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。
4. 舍弃/利用剩余位，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。
枚举(即列举)
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。 {}中的内容是枚举类型的可能取值，也叫枚
举常量,这些可能取值都是有值的，默认从0开始，一次递增1.
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）---常用应用(判断当前计算机的大小端存储)
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）。
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
union Un
{
int i;
char c;
};
int main()
{
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);
system("pause");
return 0;
}
由上面得出: 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）。
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。
eg:
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
union Un1
{
char c[5];
int i;
};
union Un2
{
short c[7];
int i;
};
//下面输出的结果是什么？
int main()
{
printf("%d\n", sizeof(union Un1));//最大成员大小5 ,最大对齐数4,故应为4*2=8
printf("%d\n", sizeof(union Un2));//最大成员大小14 ,最大对齐数4,故应为4*4=16
system("pause");
return 0;
}
结果:
分析: 首先看Un1联合的大小至少是最大成员的大小即char c[5];大小为4,但不是最大对齐数4的整数倍,故应该为8.
其次看Un2联合的大小至少是最大成员的大小即short c[7];大小为14,但不是最大对齐数4的整数倍,故应该为16
扫一扫
2277
被折叠的 条评论
为什么被折叠?
到【灌水乐园】发言
