【C语言基础】:自定义类型(一)--> 结构体-2

简介: 【C语言基础】:自定义类型(一)--> 结构体

【C语言基础】:自定义类型(一)--> 结构体-1

https://developer.aliyun.com/article/1538318


【练习1】


struct S1
{
  char c1;  // 占1个字节
  char c2;  // 占1个字节
  int i;  // 占4个字节
};

e1723e53101ca2e8c2c2bf3923d1da14_473ca186dc1743239e8d8ef07ae85281.png


【练习2】

struct S2
{
  double d;
  char c;
  int i;
};

7ac272d152a68971ee8087c408c82966_c19ce255bcbf4ffc988363460e89e1fc.png

639c08324b25016a672fc7e8d0b885f4_6bcb8520e7a64d9cbedfd91e32d4cdf6.png

【练习3】

结构体中嵌套结构体

struct S3
{
  double d;
  char c;
  int i;
};

struct S4
{
  char c1;
  struct S3 s3;
  double d;
};

d787539e4d1b4abd5826c566a2e01ac3_a08332878810469fa38d4b0c15d43150.png

解析:这里就要对应规则4,嵌套的结构体成员对齐到自己的成员中最大对齐数的整数倍处,S3中最大的对齐数是8,即要对齐到8的整数倍处。结构体的整体大小就是所有最大对齐数(含嵌套结构体中成员的对齐数)的整数倍,也是8的倍数。

cfcfab9c3529cde944e18a0eefb6625b_5cb46f8d899842538af4edc55039d015.png


3.2 为什么存在内存对齐

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。假设⼀个处理器总是从内存中取8个字节,则地址必须是8的倍数。如果我们能保证将所有的double类型的数据的地址都对齐成8的倍数,那么就可以用一个内存操作来读或者写值了。否则,我们可能需要执行两次内存访问,因为对象可能被分放在两个8字节内存块中。


总体来说:结构体的内存对齐是拿空间来换取时间的做法。


设计结构体的时候,我们既要满足对齐,又要节省空间


  • 让占用空间小的成员尽量集中在一起
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(S1占12个字节,S2占8个字节)。


3.3 修改默认对齐数

#pragma 这个预处理指令,可以改变编译器的默认对齐数。

【示例】:

#include<stdio.h>
#pragma pack(1)  //设置默认对⻬数为1
struct S1
{
  char c1;
  int i;
  char c2;
};
#pragma pack()  //取消设置的对⻬数,还原为默认

int main()
{
  struct S1 s1;
  printf("%zd\n", sizeof(s1));
  return 0;
}

12e97d868120b4002d85c6630442330f_133be48a812643f8848e284906be6944.png

结构体在对齐方式不合适的时候,我们可以自己更改默认对齐数。


四、结构体传参

【示例1】:

#include<stdio.h>
struct S
{
  int arr[1000];
  int num;
  double d;
};
void print1(struct S s)
{
  for (int i = 0; i < 5; i++)
  {
    printf("%d ", s.arr[i]);
  }
  printf("\n");
  printf("%d\n", s.num);
  printf("%lf\n", s.d);
}
int main()
{
  struct S s = { {1,2,3,4,5}, 100,3.14 };
  print1(s);
  return 0;
}

2b86bdd0829ff8a671107c975694d543_eaf6813de52e4c63a06a18aa697049cc.png

【示例2】:

struct S
{
  int arr[1000];
  int num;
  double d;
};
void print2(const struct S* ps)
{
  for (int i = 0; i < 5; i++)
  {
    printf("%d ", ps->arr[i]);
  }
  printf("\n");
  printf("%d\n", ps->num);
  printf("%lf\n", ps->d);
}
int main()
{
  struct S s = { {1,2,3,4,5}, 100,3.14 };
  print2(&s);
  return 0;
}

3897dccf0798c621c5110fdbd5fc48e4_36f038e4463246c588540ca41ea9cf73.png

示例1和示例2中首选示例2,因为示例传参时是将结构体在拷贝一份给形参,本身这个结构体所占的空间就比较大,在拷贝一份太占用空间,不太合适,而示例2传的是一个指针,可以通过这个指针直接访问这个结构体,不需要额外创建多余空间,当然,为了结构体内容不被修改,可以加一个const进行修饰。

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。


五、结构体实现位段

5.1 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 ,在C99中位段成员的类型也可以选择其他类型。
  2. 位段的成员名后边有一个冒号和一个数字。

【示例】:

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

A就是一个位段类型。


5.2 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 等类型。
  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。

【示例】:


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;
  return 0;
}

91f1fad528c36515ff422c49749c0540_1c28d8a7f6974fbd8ba5f278de306843.png


5.4 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16,32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,并且可以很好的节省空间,但是有跨平台的问题存在。


5.5 位段使用的注意事项

位段的几个成员共有同⼀个字节,这样有些成员的起始位置并不是某个字节的起始位置,那么这些位置处是没有地址的。内存中每个字节分配一个地址,一个字节内部的bit位是没有地址的。

所以不能对位段的成员使用&操作符,这样就不能使用scanf直接给位段的成员输入值,只能是先输入放在一个变量中,然后赋值给位段的成员。


【示例】:

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

int main()
{
  struct S s = { 0 };
  // scanf("%d", &s._b);  // 这是错误的

  // 正确的示范
  int b = 0;
  scanf("%d", &b);
  s._b = b;
  return 0;
}


相关文章
|
20天前
|
编译器 测试技术 C语言
【C语言】:自定义类型:结构体的使用及其内存对齐
【C语言】:自定义类型:结构体的使用及其内存对齐
30 7
|
18天前
|
网络协议 编译器 Linux
结构体(C语言)
结构体(C语言)
|
6天前
|
存储 编译器 定位技术
结构体数组在C语言中的应用与优化策略
结构体数组在C语言中的应用与优化策略
|
12天前
|
存储 编译器 数据库
结构体数组在C语言中的应用与优化技巧
结构体数组在C语言中的应用与优化技巧
|
17天前
|
C语言
C语言中的结构体
C语言中的结构体
7 0
|
19天前
|
编译器 C语言 C++
【海贼王编程冒险 - C语言海上篇】自定义类型:结构体,枚举,联合怎样定义?如何使用?
【海贼王编程冒险 - C语言海上篇】自定义类型:结构体,枚举,联合怎样定义?如何使用?
10 0
|
19天前
|
存储 编译器 Linux
【c语言】详解结构体
【c语言】详解结构体
9 0
|
23天前
|
编译器 C语言
C语言----自定义类型:联合和枚举
C语言----自定义类型:联合和枚举
12 0
|
23天前
|
C语言
C语言---自定义类型:结构体(4)
C语言---自定义类型:结构体
12 0
|
1天前
|
C语言
C语言5 字符输出函数和格式输出函数
C语言5 字符输出函数和格式输出函数