结构体
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。
结构体类型声明
结构体的关键字是struct。
struct tag { member-list;//成员列表 }variable-list;//变量列表
变量列表是我们在声明结构体是创建的变量,该变量一般为全局变量,声明的时候可以创建也可以不创建,但是后面的分号不能省略。
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 };
特殊的声明
我们在声明结构的时候,可以不完全的声明。称为匿名结构体类型。
例如:
struct { int a; char b; float c; }x;
这里就省略了结构体标签,这样的结构体只能在声明时候创建变量,使用非常的局限,我们很少使用。
结构的自引用
结构体在自引用是只能引用指针,我们引用自己变量本身,引用自己会出现无限套娃的局面非常的尴尬。
错误的自引用:
struct Node { int data; struct Node next; };
正确的自引用:
struct Node { int data; struct Node* next; };
结构体的定义和初始化
我们在声明一个结构体后就可以创建该结构体变量了,并且在创建的时候还可以进行赋值,也就是初始化。例如:
struct Stu //类型声明 { char name[15];//名字 int age; //年龄 }; struct Stu s = {"zhangsan", 20};//初始化
结构体的内存对齐
这里主要就涉及到结构体大小的计算,那么对齐规则都有哪些呢?
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。
知道了规则以后我们就上手来计算一个结构体的大小:
#include <stdio.h> struct s { int num; char c; char ch; }; int main() { printf("%d",sizeof(struct s)); return 0; }
这个大小,首先num要对齐到0偏移量处,占4个字节的大小,然后char和最大对齐数最小的为1个字节,所以两个char就一人占一个字节大小,一共6个字节大小,但是结构的大小是最大对齐数的整数倍,最大对齐数是4,所以要浪费2字节的大小,最后就是8个字节。
运行结果:
可以看到我们计算的结果是没有问题的。
为什么存在内存对齐呢?
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。
修改默认的对齐参数
对齐参数我们程序员是可以自己修改的。例如:
#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
我们可以根据实际情况,来设置合适的对齐参数。
结构体传参
我们结构体在传参的时候是传值还是传址呢?
答案当然是传地址了,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。
因此结构体传参的时候,要传结构体的地址。
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。
列如:
struct A { int _a:2; int _b:5; int _c:10; int _d:30; };
每个冒号后面的数字代表的是该变量占的字节数。
位段的内存分配
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
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。
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。
举一个例子:
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; }
它的空间是如何开辟的呢?
位段的跨平台问题
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。
枚举
枚举就是把可能得结果一一列举。
例如:
一周的星期一到星期日是有限的7天,可以一一列举。
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
枚举类型的定义
枚举的关键字是enum。
enum Color//颜色 { RED, GREEN, BLUE };
以上定义的 enum Color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。
例如:
enum Color//颜色 { RED=1, GREEN=2, BLUE=4 };
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?
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
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。
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)。
联合体类型的定义
联合的关键字是union。比如:
//联合的声明 union Un { char c; int i; }; //联合变量的定义 union Un un;
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)。
用联合来判断当前机器是大端存储还是小端存储
因为联合共用一块内存,所以我们就可以这样设计:
#include <stdio.h> union un { int a; char c; }; int main() { union un u; u.a = 1; if (u.c == 1) { printf("小端\n"); } else { printf("大端\n"); } return 0; }
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。
我们需要注意联合也是需要内存对齐的。
今天的分享就到这里结束了,感谢大家的支持和关注。