从头开始:自定义类型入门指南(结构体、位段、枚举、联合)(二)

简介: 从头开始:自定义类型入门指南(结构体、位段、枚举、联合)(二)

为什么存在内存对齐?

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

除此之外我们还可以修改默认对齐数

#pragma 这个预处理指令,这里我们使用这个指令,可以改变我们的默认对齐数。

例如:

#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

结构在对齐方式不合适的时候,我们可以自己更改默认对齐数。

结构体传参

结构体传参有两种方式直接上代码:

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;
}

这两种方式哪个更好呢?

答案是printf2。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

什么是位段

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。

例如:

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));//8

A的大小是8个字节,这是怎么回事呢?变量:后边的数字表示该变量所需的比特位(二进制位)。

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。

例如:

a占2个二进制位,b占5个二进制位,c占10个二进制位,那么系统在分配空间时就会分配一个整形空间给它们。

而d是30个二进制位,1个整形还剩余15个二进制位不够,那么此时系统会再次开辟一个整形空间,至于d是继续沿用剩余的15位空间,还是直接在新开的空间里存储,这里就涉及了很多不确定因素,编译器不同位段开辟的空间及使用的方式也会各不相同,所有位段是不跨平台的。

这里及涉及到位段跨平台问题,主要因素:

  • 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:

可以尽可能的节省空间。

枚举

枚举就是把可能的取值一一列举。

在我们的日常生活中也有很多例子:如性别,月份,星期等。

枚举的定义

enum Color//颜色
{
RED,
GREEN,
BLUE
};

enum Color 就是是枚举类型。 {}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。

enum Color//颜色
{
RED=1,
GREEN=2,
BLUE=4
};
int main()
{
enum Color c=RED;
return 0;
}

枚举的优点

那枚举有什么用呢?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

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。

那这样是否可行呢?clr = 5,答案是不可行,枚举有类型检查,在c++编译时会出现报错,显示整形不能用于初始化枚举类型。

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)

例如:

//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));//4

c和i公用同一块空间。

通过调试我们也可以观察到:

它们的地址相同。由此我们就可以推断出内存分布:

使用c时就访问蓝色空间,使用i时就访问整块空间。我们通过程序感受一下:

union Un
{
  char c;
  int i;
};
union Un un;
int main()
{
  un.i = 0x11223344;
  un.c = 0x55;
  printf("%x\n", un.i);//11223355
  return 0;
}

i正常情况下应该是11223344,而使用联合,将c赋值0x55,由于它们共用同一块空间,所以在c赋值时就自动覆盖了i的后两位(程序运行在小端机器上)。

联合大小的计算

规则如下:

  • 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

例如:

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));//8
printf("%d\n", sizeof(union Un2));//16

总结

希望本文能够帮助你更好地理解自定义类型,并且能够在你的编程之路上起到一定的帮助作用。最后,感谢阅读!

 

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