在开始学习之前我们先来欣赏一下五岳之一华山的风景,来营造一个好心情,只有一个好心情我们才能更好的学习
目录
结构体
1 结构体的声明
1.1 结构的基础知识
结构是一些值的集合,这些值称为成员变量。结构的每个成员可以是不同类型的变量。
1.2 结构的声明
struct tag { member-list; }variable-list;
例如描述一个学生:
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
1.3 特殊的声明
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。
1.4 结构的自引用
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?
答案是不可行的,因为在结构体变量中自引用会出现无限套娃的情景。在求struct Node大小时中包含自身,但是自身的大小又是不知道的,所以这总写法是错误的!
正确写法为:
//代码2
struct Node
{
int data;
struct Node* next;
};
下面还有一个问题:
在使用typedef重命名时,再自引用指针可以吗?代码如下:
typedef struct
{
int data;
Node* next;
}Node;
//这样写代码,可行否?
答案是不行的,因为代码的执行顺序都是从上往下的,typedef重命名在最后才赋予新名字,在结构体中就此运用就是不对的!具体解决方法如下:
typedef struct Node
{
int data;
struct Node* next;
}Node;
1.5 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(第一种)
struct Point p2; //定义结构体变量p2(第二种)
//初始化:定义变量的同时赋初值。
struct Point p3 = {x, y};(第三种)
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(第四种)
struct Node n2 = {20, {5, 6}, NULL};//结构体嵌套初始化(第五种)
以上五种方法全部都已代码的形式为大家展示清楚了。
1.6 结构体内存对齐(重点)
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!!!
我们先从一个程序说起:
struct S1
{
char c1;
int i;
char c2;
};
int main(void)
{
printf("%d\n", sizeof(struct S1));
return 0;
}
struct S1的大小应该为多少呢?我们刚开始一般会觉得是6
那为什么结果是12呢?我们先通过一个宏offsetof(计算结构体成员相较于结构体起始位置的偏移量)。这个宏在头文件#include<stddef.h>中。
#include<stddef.h>
struct S1
{
char c1;
int i;
char c2;
};
int main(void)
{
//printf("%d\n", sizeof(struct S1));
printf("%d\n", offsetof(struct S1, c1));
printf("%d\n", offsetof(struct S1, i));
printf("%d\n", offsetof(struct S1, c2));
return 0;
}
那结构体内容都存满了,为什么还要继续浪费这三个字节呢??
我们来学习一下:
如何计算?
首先得掌握结构体的对齐规则:
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中没有默认对齐数,对齐数就是成员自身的大小
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。
学习了以上的内存对齐规则,我们应该明白了上面出现了所以疑问,那现在我们在练习一道题:
#include<stddef.h>
struct S1
{
char c1;
char c2;
int i;
};
int main(void)
{
printf("%d\n", sizeof(struct S1));
return 0;
}
我们对以上结构体进行具体化分析: 那结果是不是8呢,我们来验证一下: 没错,我相信大家已经基本了解和掌握了结构体内存对齐的。那我们为什么要内存对齐呢?
原因:
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。
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; int i; char c2; }; struct S2 { char c1; char c2; int i; };
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。
1.7 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;
}
当我们设置对齐数为1时,相同的结构体的内存大小从12变成6。
1.8 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;
}
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。
2. 位段
2.1 什么是位段
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。
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?
struct A
{
int _a : 2;
int _b : 5;
int _c : 10;
int _d : 30;
};
int main()
{
printf("%d\n", sizeof(struct A));
return 0;
}
带着刚才的疑问,我们接着往下看。
2.2 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。
举个例子:
//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?
接下来让我们分析一下:
我们可以一目了然的看出位段在vs中的内存分配。
2.3 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。(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。
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. 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,并且可以很好的节省空间,但是有跨平台的问题存在。
3. 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: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。
3.1 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,依次递增1,当然在声明枚举类型的时候也可以赋初值。
例如:
enum Color//颜色
{
RED=1,
GREEN,
BLUE=4
};
//RED = 1;GREEN = 2; BLUE = 4;
3.2 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: 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. 便于调试 4. 使用方便,一次可以定义多个常量
3.3 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??
4. 联合(共用体)
4. 联合(共用体)
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:
union Un
{
char c;
int i;
};
int main()
{
union Un un = { 0 };
printf("%d\n", sizeof(un));
printf("%p\n", &un);
printf("%p\n", &(un.i));
printf("%p\n", &(un.c));
return 0;
}
无论访问联合体的哪一块位置,地址都是同一个,这说明联合体中的变量是共用同一块内存空间的,不会针对一个变量开辟一个,而且内存大小为4,为联合体中最大的。
所以联合体中在同一时间只能使用里面的一个元素,要不然就会进行干扰。
我们可以使用一段代码证明一下:
union Un
{
char c;
int i;
};
int main()
{
union Un un = { 0 };
un.i = 0x11223344;
un.c = 0x55;
return 0;
}
4.2 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)。
4.3 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。
我们来练习一下:
union Un1
{
char c[5];
int i;
};
//下面输出的结果是什么?
printf("%d\n", sizeof(union Un1));
结果如何呢?
以上就是所有内容,谢谢观看!!!!