位段、枚举、联合

简介: 位段的声明与结构体类似,有两个不同:位段的成员必须是int、signed int、unsigned int或char(属于整形家族)位段的每个成员后边有一个冒号和一个数字(这个数字大小不能超过前面数据类型的大小)

位段


位段的声明与结构体类似,有两个不同:


位段的成员必须是int、signed int、unsigned int或char(属于整形家族)

位段的每个成员后边有一个冒号和一个数字(这个数字大小不能超过前面数据类型的大小)

下面是一个位段:


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


位段,位指的是二进制位。

位段的存在是为了:有的变量不需要太大的空间,有的时候两三个比特位就够了,这是就可以使用位段。


位段的内存分配

位段的成员必须是int、signed int、unsigned int或char(属于整形家族)

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。

下面来看一下位段A的内存分配:


位段的成员是int,以4个字节开辟,先开辟4个字节也就是32比特位


1.先分配_a,_a占2比特位,此时4字节还剩30比特位,足够分配下一个的_b

2.分配_b,_b占5比特位,此时4字节还剩25比特位,足够分配下一个的_c

*3. 分配_c,_c占10比特位,此时4字节还剩15比特位,不够分配下一个的_d,跳过当前的剩下比特位,再会开辟4个字节,将_d存到下4个字节中

4.分配_d,_d占30个比特位,_d存到第二个4字节中

所以A占8字节空间大小


int main()
{
  printf("%d", sizeof(struct A));
  return 0;
}

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其实这8个字节是根据A中成员的情况,是同时开辟的,前面分析中的“先开辟”,“再开辟”等语句是用来分更好地去讲解位段内存分配的,并不是先后开辟的空间


位段变量内存的使用

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;
}



由前面可知,S占3个字节,内存中开辟24个比特位


对于一串空间,是从左到右使用空间还是从右到左使用空间,C语言标准是没有定义的,接下来,我们假设从低位(高地址)到高位(低地址)使用(从右到左)


先分配s.a = 10;10的二进制是1010,a只有3个比特位空间,所以截断,将010放到内存中,此时第一个1字节空间还有5比特位,够下面的b使用

s.b = 12,12的二进制是1100,b有4个比特位空间,将1100放到那5比特位中,第一个1字节空间·还有1比特位,放不下后面的c,所以这个剩下的1比特位浪费掉

s.c = 3,3的二进制是011,c有5个比特位空间,所以将00011放到第二个1字节空间里,还剩3比特位空间,不够后面的d,这3个比特位浪费掉

s.d = 4,4的二进制是0100,d占4个比特空间,所以将0100放到第3个1字节空间中

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位段不存在内存对齐,因为位段的存在就是为了节省空间,如果还有内存对齐,反而还会浪费空间


位段的跨平台问题


nt 位段被当成有符号数还是无符号数是不确定的。

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。

所以有跨平台需求时,不要使用位段。


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

枚举就是把可能的取值一一列举


enum Sex//性别
{
  MALE,
  FEMALE,
  SECRET
};


上面定义的enum Sex就是枚举类型,大括号里的内容都是枚举类型可能的取值,叫做枚举常量


这些枚举常量类型都是int

如果在定义枚举时,没有对里面的枚举常量赋值,则默认从0开始,一次递增1


enum Sex
{
  MALE,
  FEMALE,
  SERCET
};
int main()
{
  printf("MALE:%d\n", MALE);
  printf("FEMALE:%d\n", FEMALE);
  printf("SERCET:%d\n", SERCET);
}


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也可以在定义的时候也可以赋初值


enum Sex
{
  MALE = 4,
  FEMALE = 6,
  SERCET = 9
};
int main()
{
  printf("MALE:%d\n", MALE);
  printf("FEMALE:%d\n", FEMALE);
  printf("SERCET:%d\n", SERCET);
  return 0;
}

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如果只对其中某个枚举常量赋初值,则后面的枚举常量的值也一次递增


enum Sex
{
  MALE = 4,
  FEMALE  ,
  SERCET 
};
int main()
{
  printf("MALE:%d\n", MALE);
  printf("FEMALE:%d\n", FEMALE);
  printf("SERCET:%d\n", SERCET);
  return 0;
}
1


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对枚举变量赋值的时候尽可能用枚举常量赋值,如果用其他整形赋值的话会涉及强制转换,在C中会编译成功,而在C++中不会成功


int main()
{
  enum Sex s = MALE;//尽可能用可能取值去赋值
  return 0;
}


枚举的优点


我们可以使用#define定义常量,但是与枚举相比,还是枚举更好一点


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

联合

联合又称为共用体,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


union Un
{
char c;
int i;
};
1


上面的union Un就是一个联合


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

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输出结果是:


可以看见,u,u.c,u.i的地址都相同,就说明联合的成员是共用同一块内存空间的


联合un的储存形式如图:



b7d4de943e864e9390fd026da4bc7599.png


一道面试题:

判断机器的大小端存储


我们可以通过联合,定义联合,里面有一个char类型,一个int类型,定义一个联合变量un,给un.i赋值1

因为联合共用一块内存空间,如果机器是小端存储,就会在首字节中存01,如果大端存储,就会在首字节中存储00,之后可以通过un,c取出首字节中的内容

进而可以判断是大端还是小端


fad87693d13642ca8d9b0a559d681f1c.png



int main()
{
  union
  {
  char c;
  int i;
  }un;
  un.i = 1;
  if (un.c == 1)
  {
  printf("小端存储");
  }
  else
  {
  printf("大端存储");
  }
}



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

计算Un1的大小:


union Un1
{
  char c[5];
  int i;
};
int main()
{
  printf("%d", sizeof(union Un1));
}


Un1中有2个成员,一个是char c[5],一个是int i

字符数组中每个成员都是char,所以char c[5] 的对齐数是1,int i的对齐数是4。

此时最大成员大小是5,而对齐数是4,5不是4的整数倍,所以会浪费3个空间,是联合的大小扩大为8,是对齐数4的整数倍

输出结果:


5e811b69d04242f8a05cce7e115b524b.png

计算Un2的大小:


union Un2

{
  short c[7];
  int i;
};
printf("Un2:%d\n", sizeof(union Un2));


short c[7]的对齐数是2,大小是14

int i的对齐数是4,大小是4

此时,最大成员大小是14,最大对齐数是4,14不是4的整数倍,所以联合大小应扩大为16

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