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。
结构的声明,例如描述一个学生:名字,年龄,性别,学号等
struct Stu
{
char name[20];//名字
int age;//年龄
char sex[5];//性别
char id[20];//学号
};//分号不能丢
注意:
struct Student { char name[20]; int age; char sex[5]; float score; } s1, s2, s3;//s1, s2, s3 是三个结构体变量 - 全局变量
但是
int main() { struct Student s4, s5, s6;//s4, s5, s6 是三个结构体变量 - 局部变量 return 0; }
特殊的声明 ,在声明结构的时候,可以不完全的声明,称为匿名结构体;例如:下面的两个结构2在声明的时候省略掉了结构体标签(tag)。
//匿名结构体类型
struct
{
int a;
char b;
float c;
}x;
struct
{
int a;
char b;
float c;
}a[20], *p;
在上面代码的基础上,下面的代码合法吗? p = &x; 警告: 编译器会把上面的两个声明当成完全不同的两个类型。 所以是非法的。
正确自引用方式:
struct Node
{
int data;
struct Node* next;
};
特殊写法
typedef struct Node
{
int data;//存放数据-数据域
struct Node* n;//存放下一个节点的地址-指针域
}Node;
如下代码定义结构体初始化
struct Point
{
int x;
int y;
}p1 = {1,2};//声明类型的同时定义变量p1
struct Point p3 = {4,5};//初始化:定义变量的同时赋初值
struct Stu//类型声明
{
char name[15];//名字
int age;
};
struct Node
{
int data;
struct Point p;
struct Node* next;
};
int main()
{
int a = 10;
int b = 20;
struct Point p2 = {a, b};
struct Stu s = { "zhangsan", 20 };
struct Stu s2 = { .age=18, .name="如花"};
printf("%s %d\n", s.name, s.age);
printf("%s %d\n", s2.name, s2.age);
struct Node n = { 100, {20, 21}, NULL };//嵌套初始化
printf("%d x=%d y=%d\n", n.data, n.p.x, n.p.y);
return 0;
}
4.结构体内存对齐
思考
为什么结构体,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呢?
计算结构体的大小
首先得掌握结构体的对齐规则 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=编译器默认的个对齐数与该成员大小的较小值。 VS中默认的值为8 Linux中没有默认对齐数,对齐数就是成员自身的大小 Linux 境中gcci个编译器是没有默认对齐数的 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,最大对齐数即为该结构体中各个对齐数相比较的最大值)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。
例如
struct S3
{
double d;
char c;
int i;
};
struct S4
{
char c1;
struct S3 s3;
double d;
};
int main()
{
printf("%d\n", sizeof(struct S3));
printf("%d\n", sizeof(struct S4));
return 0;
}
内存对齐分析
为什么存在内存对齐? 大部分的参考资料都是如是说的: 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
那在设计结构体的时候,我们既要满足对齐,又要节省空间,如何做到: 让占用空间小的成员尽量集中在一起呢?
例如:
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
那么我们就要 修改默认对齐数 之前我们见过了 #pragma 这个预处理指令,这里我们再次使用,可以改变我们的默认对齐数。
例如:
#include <stdio.h>
#pragma pack(8)//设置默认对齐数为8
struct S1
{
char c1;
int i;
char c2;
};
#pragma pack()//取消设置的默认对齐数,还原为默认
#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
int main()
{
//输出的结果是什么?
printf("%d\n", sizeof(struct S1));
printf("%d\n", sizeof(struct S2));
return 0;
}
有传值调用和传址调用两种,
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。
代码示例如下:
struct S
{
int data[1000];
int num;
};
void print1(struct S t)
{
printf("%d %d %d %d\n", t.data[0], t.data[1], t.data[2], t.num);
}
void print2(const struct S * ps)
{
printf("%d %d %d %d\n", ps->data[0], ps->data[1], ps->data[2], ps->num);
}
int main()
{
struct S s = { {1,2,3}, 100 };
print1(s);//传值调用
print2(&s);//传址调用
return 0;
}
位段的出现是为了节省空间
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 。 2.位段的成员名后边有一个冒号和一个数字,数字表示开辟的空间为几个Bit位
比如:
struct A
{
int _a:2;
int _b:5;
int _c:10;
int _d:30;
};
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 (属于整形家族)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。
为什么为三个字节呢?
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16bit位,32位机器最大4个字节即为32bit位,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,但是可以很好的节省空间,但是有跨平台的问题存在。
位段的应用
枚举顾名思义就是一一列举。 把可能的取值一一列举。
比如我们现实生活中: 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
enum Day//星期
{
Mon,
Tues,
Wed,
Thur,
Fri,
Sat,
Sun
};
enum Sex//性别
{
MALE,
FEMALE,
SECRET
};
enum Color//颜色
{
RED,
GREEN,
BLUE
};
以上定义的 enum Day , enum Sex , enum Color 都是枚举类型。
{}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
但是它的值是固定的不能更改的
为什么使用枚举? 我们可以使用 #define 定义常量,为什么非要使用枚举?
枚举的优点: 1. 增加代码的可读性和可维护性 2. 和#define定义的标识符比较枚举有类型检查,更加严谨。 3. 防止了命名污染(封装) 4. 便于调试 5. 使用方便,一次可以定义多个常量
只能拿枚举常量给枚举变量赋值,才不会出现类型的差异。
不能 clr = 5;
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)。
//联合类型的声明
union Un
{
char c;
int i;
};
//联合变量的定义
union Un un;
//计算连个变量的大小
printf("%d\n", sizeof(un));
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)。
union Un
{
int i;
char c;
};
union Un un;
// 下面输出的结果是一样的吗?
printf("%d\n", &(un.i));
printf("%d\n", &(un.c));
//下面输出的结果是什么?
un.i = 0x11223344;
un.c = 0x55;
printf("%x\n", un.i);
例如:判断当前计算机的大小端存储
int check_sys()
{
union
{
char c;
int i;
}u;
u.i = 1;
return u.c;//返回1表示小端,返回0表示大端
}
int main()
{
int ret = check_sys();
if (ret == 1)
printf("小端\n");
else
printf("大端\n");
return 0;
}
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。
比如:
联合体什么时候使用? 某些成员不会在同一时间使用 图书:库存量、价格、商品类型书名、作者、页数 杯子:库存量、价格、商品类型,设计 衬衫:库存量、价格、商品类型没计、可选颜色、可选尺
以上数据可综合为