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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。
结构的声明
struct tag {
member-list;
}variable-list;
假如描述一个学生:
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
特殊声明
在声明结构的时候,可以不完全的声明。
比如:
//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;
上面的两个结构在声明的时候省略掉了结构体标签(tag)。
那么问题来了?
//在上面代码的基础上,下面的代码合法吗?
p = &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。
结构体的自引用
在结构中包含一个类型为该结构本身的成员是否可以呢?
//代码1
struct Node
{
int data;
struct Node next;
};
//可行否?
//如果可以,那sizeof(struct Node)是多少?
这样使用的话,我们不知道内部结构体的大小,所以就无法开辟空间,所以我应该使用指针,正确的子引用方式为:
//代码2
struct Node
{
int data;
struct Node* next;
};
结构体变量的定义和初始化
有了结构体类型,那如何定义变量,其实很简单。
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
struct Node n2 = {
20, {
5, 6}, NULL};//结构体嵌套初始化
结构体的内存对齐
我们已经掌握了结构体的基本使用,现在我们来说一下另外一个重要的问题,也是一个重要考点:结构体的内存对齐
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。
//练习1
struct S1
{
char c1;//自身对其数为1
int i;//自身对其数为4,之前是1没有对其所以+3,对其之后+4=8
char c2;//自身对其数为1,对其了所以是+1.总的为9,因为要使得结构体总体的大小是最大对其数的整数倍,所以+3=12.
};
printf("%d\n", sizeof(struct S1));
//练习2
struct S2
{
char c1;//自身对其数为1,对其了
char c2;//自身对其数为1,一样对其了。总大小累计为2
int i;//自身对其数为4,所以之前的2没有对其,所以先对其为2+2,在加4就是8.
};
printf("%d\n", sizeof(struct S2));
//练习3
struct S3
{
double d;//自身对其数为8
char c;//8+1
int i;//未对其先加3在加4=>16
};
printf("%d\n", sizeof(struct S3));
//练习4-结构体嵌套问题
struct S4
{
char c1;//自身对其数为1
struct S3 s3;//结构体大小为16,最大对其数为8。1+7+16
double d;//24+8=32
};
printf("%d\n", sizeof(struct S4));
为什么存在内存对齐?
大部分的参考资料都是如是说的:
- 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。
总体来说:
结构体的内存对齐是拿空间来换取时间的做法。
那在设计结构体的时候,我们既要满足对齐,又要节省空间,如何做到:
让占用空间小的成员尽量集中在一起。
//例如:
struct S1
{
char c1;//1
int i;//3+4
char c2;//1+3======12
};
struct S2
{
char c1;//1
char c2;//1
int i;//2+4=====8
};
S1和S2类型的成员一模一样,但是S1和S2所占空间的大小有了一些区别。
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。
#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));//12
printf("%d\n", sizeof(struct S2));//6
return 0;
}
结论:
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。
结构体传参
直接就看看代码吧:
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;
}
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
结构体讲完就得讲讲结构体实现位段的能力。
什么是位段呢
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。
比如:
struct A
{
int _a:2;
int _b:5;
int _c:10;
int _d:30;
};
A就是一个位段类型。
那位段A的大小是多少?
printf("%d\n", sizeof(struct A));
位段内存分配
- 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。
//一个例子
struct S
{
char a:3;
char b:4;
char c:5;
char d:4;
};
struct S s = {
0};
s.a = 10;
s.b = 12;
s.c = 3;
s.d = 4;
//空间是如何开辟的?
位段的跨平台问题
- 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。
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。
比如我们现实生活中:
一周的星期一到星期日是有限的7天,可以一一列举。
性别有:男、女、保密,也可以一一列举。
月份有12个月,也可以一一列举
这里就可以使用枚举了。
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,当然在定义的时候也可以赋初值。例如:
enum Color//颜色
{
RED=1,
GREEN=2,
BLUE=4
};
枚举的优点
为什么使用枚举?
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
枚举的使用
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; //ok??
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);
在这里也可以判断大小端。
联合大小的计算
- 联合的大小至少是最大成员的大小
- 最大成员大小不是对大对齐数的整数倍时,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));//4
printf("%d\n", sizeof(union Un2));//14+2===16