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结构体 结构体类型的声明 结构的自引用 结构体变量的定义和初始化 结构体内存对齐 结构体传参 结构体实现位段#xff08;位段的填充可移植性#xff09; 结构体
结构体的声明
结构的基础知识 结构是一些值的集合#xff0c;这些值称为成员变量。结构的每个…
本文重点
结构体 结构体类型的声明 结构的自引用 结构体变量的定义和初始化 结构体内存对齐 结构体传参 结构体实现位段位段的填充可移植性 结构体
结构体的声明
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。 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
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。 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1struct Node {int data;struct Node next;};//可行否如果可以那sizeof(struct Node)是多少
正确的自引用方式
//代码2struct Node {int data;struct Node* next;};
注意
//代码3typedef struct {int data;Node* next; }Node; //这样写代码可行否//解决方案typedef struct Node {int data;struct Node* next;}Node;
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p1struct 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
结构体内存对齐
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
//练习1struct S1char c1;int i;char c2;};printf(%d\n, sizeof(struct S1));//练习2struct S2 {char c1;char c2;int i;};printf(%d\n, sizeof(struct S2));//练习3struct 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));
考点
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 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。 为什么存在内存对齐?
大部分的参考资料都是如是说的 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。
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8struct 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1struct 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));}
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。
百度笔试题
写一个宏计算结构体中某变量相对于首地址的偏移并给出说明
考察 offsetof 宏的实现
结构体传参
直接上代码
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
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。 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。 //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 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1632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
