【C】结构体+自定义类型知识点大全(基础,进阶,简洁,全面)(二)

简介: 【C】结构体+自定义类型知识点大全(基础,进阶,简洁,全面)

二.结构体的内存类型

计算结构体的内存大小:考虑结构体内存对齐问题

1.计算结构体内存大小——内存对齐

一.:结构体内存对齐规则

对齐数:结构体成员自身大小和默认对齐数的较小值

PS:Linux环境默认不设对齐数(对齐数是结构体成员自身大小)

规则:

每个结构体成员都有一个对齐数,成员的对齐数中最大的即为结构体的最大对齐数    

结构体的第一个成员直接对齐到相对于结构体变量起始位置为0的偏移处

从第二个成员开始,要对齐到某个【对齐数】的整数倍的偏移处

结构体的总大小,必须是最大对齐数的整数倍

例:

image.png

二:为什么存在结构体内存对齐?

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,处理器需要做两次内存访问;而面对已经对齐的内存访问,仅仅需要一次访问。即牺牲空间来换取时间。

image.png

三:考虑结构体内存对齐,应当如何设置结构体成员?

尽量把的结构体成员放在一起

例:


*情景:修改和恢复默认对齐数

  • 设置默认对齐数:pragma pack(1)
  • 恢复默认对其书:pragma pack( )

例:


2.结构体实现位段(位段的填充&可移植性)


一:位段的定义

定义:

  • 位段的指的是二进制位
  • 数字部分指的是,所需的二进制位个数

要点: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 intsigned int或者char等整型
  2. 位段的成员名后面必须有一个冒号,和一个数字
struct A
{
 int _a:2;
 int _b:5;
}

二:位段的内存分配

位段的成员可以是 int,unsigned int ,signed int或者是char(整型家族);

位段上的空间是按照需要以4个字节(int),或者1个字节(char)的方式来开辟

       (char与int一般不混用,不确定储存方向,有可能截断/整型提升);

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;

场景引入:为什么使用位段后,A的大小从16变为8?

分析:struct A,以4个字节(int)开辟空间;

struct S
{
   int a;
   int b;
   int c;
   int d;
};
printf("%d\n",sizeof(strcut S)); S的大小16
struct A
{
                  先开4byte-32bit空间
   int _a:2;       占掉2个剩下30
   int _b:5;       占掉5个剩下25
   int _c:10;      占掉10个剩下15
   int _d:30;      剩下15个不够占,再开4byte空间
                  总共开了8byte空间
}
printf("%d\n",sizeof(strcut A)); S的大小8

三:位段的不确定性/跨平台问题

int位段是signed int 还是 unsigned int ,不确定

位段中最大位的数目不确定(16位机器最大16,32位机器最大32;如写成27,在16位机器中会出问题)

位段中成员在内存中从左向右分配,还是从右向左分配标准尚不确定

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。是选择舍弃剩余的位还是再利用,不确定

四:小总结

与结构相比,位段可以达到同样的效果,但是可以很好地节省空间,但是要注意跨平台问题

三.枚举(enum)

枚举顾名思义就是:一一列举

1.枚举类型的定义与用法实例

使用要点:

枚举的每一个可能的取值是常量

枚举的常量都有默认值(依次0,1,2...),默认依次向下减1

这些常量可以赋值

可以出现部分不赋值,部分赋值,赋值过后的剩余变量遵循默认依次向下减1

例子:一周的星期一到星期日是有限的7天,可以一一列举

enum Day 星期
{
  Mon,//默认0
  Tues,//默认1
  Wed,//默认2
  Thur=10,//默认3,赋值成10
  Fri,//按照默认原则,10+1,11
  Sat,//默认12
  Sun//默认13
};
枚举所有可能的取值

2.枚举相较于#define的优点

我们可以用#define定义常量,为什么非要使用枚举?

区别:后者没有类型,只是单纯的替换(不能调试);前者是枚举类型;

枚举的优点:

  • 增加代码的可读性可维护性
  • 和#define定义的标识符比较,枚举有类型检查,更加严谨
  • 防止命名污染(封装)
  • 便于调试
  • 使用方便,一次可以定义多个常量

四.联合体(union)

1.联合体的特点

  • 联合体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(因为联合体至少得有足够的能力保存最大的那个成员)

PS:涉及联合体大小的计算

2.联合体大小的计算

对齐数:结构体成员自身大小默认对齐数较小值

要点:

  • 默认对齐数是8,取两者较小的数为对齐数
  • 最大成员大小不是最大对齐数的整数倍时,就要对齐到最大对齐数的整数倍

例1:

分析:

  • char arr[5]的大小是1,默认对齐数是8,取1为对齐数
  • int i的大小是4,默认对齐数是8,取4为对齐数
  • 两者最大对齐数为4
  • 最大成员大小是5,不是最大对齐数4的整数倍,因此对齐到4的整数倍8

例2:

PS:short的默认对其数为2

分析:

  • 最大成员大小是12是最大对齐数4的整数倍,故联合体的大小为12

3.联合体的运用(大小端)

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