【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 };
【练习2】
struct S2 { double d; char c; int i; };
【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; };
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。
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; }
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; }
【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; }
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:
- 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。
- 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
- 位段的成员可以是 int 、unsigned int 、signed int 或者是 char 等类型。
- 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。
【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; }
5.4 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,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; }