自定义类型:结构体
目录
1. 结构体类型的声明
回顾一下操作符详解(二)中的结构体。
结构是一些值的集合,这些值称为成员变量。结构的每一个成员可以是不同的类型的变量。
1.1 结构的声明
struct tag
{
member - list;
}variable - list;
1.2 结构体变量的创建和初始化
#include <stdio.h>
struct Stu
{
char name[20];//名字
int age;//年龄
char sex[5];//性别
char id[20];//学号
};
int main()
{
struct Stu s1 = {"zhangsan", 18, "男", "2023010"};//按照默认顺序初始化
struct Stu s2 = {.age=30, .name="lisi",.sex="nv", .id="2023020"};//指定顺序初始化
printf("%s %d %s %s\n", s1.name, s1.age, s1.sex, s1.id);
printf("%s %d %s %s\n", s2.name, s2.age, s2.sex, s2.id);
return 0;
}
1.3 结构的特殊声明
在声明结构的时候,可以不完全的声明。
比如:
struct
{
int a;
char b;
float c;
} x;
struct
{
int a;
char b;
float c;
}* p;
上面的两个结构在声明的时候省略了结构体标签(tag)。
但是在上面两个结构的基础上,下面的代码是非法的。
p = &x;
警告:
编译器会将上面的两个声明当成完全不同的两个类型,所以是非法的。
匿名的结构体类型,如果没有都结构体类型重命名的话,基本上是只能使用一次。
1.4 结构体的自引用
在结构体中包含一个类型为该结构体本身的成员是否可以呢?
比如,定义一个链表的节点:
struct Node
{
int data;//存放数据
struct Node* next;//存放下一个节点的地址
};
在结构体自引用使用过程中,夹杂了 typedef 对匿名结构体类型重命名,也是容易引入问题,比如:
typedef struct
{
int data;
Node* next;
}Node;
这样是不行的,应为Node是对前面的匿名结构体类型的重命名产生的,但是在匿名结构体内部提前使用Node类型来创建指成员变量。
解决方法:不要匿名。
typedef struct Node
{
int data;//存放数据
struct Node* next;//存放写一个节点的地址
}Node;
2. 结构体内存对齐
2.1 对齐规则
1. 结构体的第一个成员对齐到和结构体变量起始位置偏移量为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 该成员变量大小的较小值。
- VS中默认的值是 8
- Linux中 gcc 没有默认对齐数,对齐数就是成员自身的大小
3. 结构体总大小为最大对齐数(结构体中每个成员变量都有一个对齐数,所有对齐数中最大 的) 整数倍。
4. 如果嵌套了结构体的情况,被嵌套的结构体成员对齐到自己成员中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(含嵌套结构体中成员的对齐数)的整数倍。
例题:
struct S1
{
char c1;
char c2;
int i;
};
struct S2
{
char c1;
int i;
char c2;
};
int main()
{
struct S1 s1 = { 0 };
struct S2 s2 = { 0 };
printf("%zd\n", sizeof(struct S1));
printf("%zd\n", sizeof(struct S2));
return 0;
}
struct S3
{
double d;
char c;
int i;
};
struct S4
{
char c1;
struct S3 s3;
double d;
};
int main()
{
printf("%zd\n", sizeof(struct S3));
printf("%zd\n", sizeof(struct S4));
return 0;
}
2.2 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;某些平台只能在某些地址处取某些特定类型的数据,否则硬件抛出异常。
2. 性能原因:
数据结构(尤其是栈)应该尽可能的在自然边界上对齐。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出8个字节,则地址必须是8的倍数,如果可以保证将所有的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,因为对象可能被分在2个8字节的内存块中。
总的来说:结构体的内存对齐是拿空间来换取时间的做法。
所以在设计结构体的时候,既要满足对齐,又要节省空间,就要做到:
让占用空间小的成员尽量集中在一起。
比如例题中的S1和S2,它们的成员一样,但是S1、S2所占空间的大小有些区别。
2.3 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。
#include <stdio.h>
#pragma pack(1)//设置默认对齐数为1
struct S1
{
char c1;
char c2;
int i;
};
#pragma pack()//取消设置,还原默认
int main()
{
printf("%d\n", sizeof(struct S1));//6
return 0;
}
3. 结构体传参
#include <stdio.h>
struct S
{
int data[1000];
int num;
};
void print1(struct S t)
{
printf("%d %d\n", t.data[0], t.num);
}
void print2(const struct S* ps)
{
printf("%d %d\n", ps->data[0], ps->num);
}
int main()
{
struct S s = { {1,2,3,4,5}, 100};
print1(s);
print2(&s);
return 0;
}
以上代码中 print1 和 print2 函数哪个更好?
答案是:print2 函数。
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,参数压栈的系统开销较大,所以会导致性能下降。
结论:
结构体窜惨的时候,要传结构体的地址。
4. 结构体实现位段
4.1 什么是位段
位段的出现就是为了节省空间。位段的声明和结构体是类似的,有两点不同:
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. 位段的成员名后面有一个冒号和一个数字。
比如:
struct A
{
int _a : 2;
int _b : 5;
int _c : 10;
int _d : 30;
};
A就是一个位段类型。
4.2 位段的内存分配
1. 位段的成员可以是int、unsigned int 、 signed int 或 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。
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;
printf("%d\n", sizeof(s));
return 0;
}
4.3 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. 位段中的最大位的数目是不确定的。(16位机器最大16,32位机器最大32,写成27,在 16位机器中会出问题);
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,是要舍弃剩余的还是利用,这时不确定的。
总结:
和结构体相比,位段可以达到同样的效果,并且可以很好的节省空间,但是存在跨平台问题。
4.5 位段使用的注意事项
位段的几个成员共有一个字节,这样有些成员的起始位置并不是莫格字节的起始位置,那么这些位置时没有地址的。内存中每个字节分配一个地址,一个字节内部的 bit 位时没有地址的。
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,只能先输入放在一个变量中,让后赋值给位段的成员。
原文地址:https://blog.csdn.net/2301_78310843/article/details/136189404
免责声明:本站文章内容转载自网络资源,如本站内容侵犯了原著者的合法权益,可联系本站删除。更多内容请关注自学内容网(zxcms.com)!