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1 . 结构体类型的声明
1.1 结构的声明
1.2 结构体变量的创建与初始化
1.3 结构体的特殊声明
1.4 结构体的自引用
2. 结构体内存对齐
2.1 对齐规则
2.2 为什么存在内存对齐
2.3 修改默认对齐数
3. 结构体传参
4.结构体实现位段
4.1 位段的内存分配
4.3 位段的…目录
1 . 结构体类型的声明
1.1 结构的声明
1.2 结构体变量的创建与初始化
1.3 结构体的特殊声明
1.4 结构体的自引用
2. 结构体内存对齐
2.1 对齐规则
2.2 为什么存在内存对齐
2.3 修改默认对齐数
3. 结构体传参
4.结构体实现位段
4.1 位段的内存分配
4.3 位段的应用
4.4 位段的使用注意事项 1 . 结构体类型的声明 1.1 结构的声明 struct tag
{member-list;
}variable-list;
假如描述一个学生
struct Stu
{int age;char name[20];char sex[5];char id[20];
}
1.2 结构体变量的创建与初始化 struct Stu
{char name[20];//名字int age;//年龄char sex[5];//性别char id[20];//学号
};
int main()
{//按照结构体成员的顺序初始化struct Stu s { 张三, 20, 男, 20230818001 };printf(name: %s\n, s.name);printf(age : %d\n, s.age);printf(sex : %s\n, s.sex);printf(id : %s\n, s.id);//按照指定的顺序初始化struct Stu s2 { .age 18, .name lisi, .id 20230818002, .sex ⼥ };printf(name: %s\n, s2.name);printf(age : %d\n, s2.age);printf(sex : %s\n, s2.sex);printf(id : %s\n, s2.id);return 0;
}
1.3 结构体的特殊声明
在声明结构体的时候可以进行不完全声明又称匿名结构体
struct
{int a;char b;float c;
}x;struct
{int a;char b;float c;
}a[20], * p;上述两个结构体在声明的时候省略了结构体标签
在某些情况下如果只是想使用一次结构体就可以使用匿名结构体
在此基础上下面代码合法吗
p x; 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。 匿名的结构体类型如果没有对结构体类型重命名的话基本上只能使用⼀次。 1.4 结构体的自引用
结构体中包含一个类型为该结构体本身成员是否可行
看下列代码
struct Node
{int data;struct Node next;
} 分析一下不难发现其实是不行的因为一个结构体中再包含一个同类型的结构体变量这样结
构体变量的大小就会无穷大。
struct S
{int n;struct S* next;
};
但是如果时包含和自己相同类型的指针是可行的在x86或x64的环境下指针的大小无非就是
4/8字节。 在结构体自引用使用的过程中夹杂了 typedef 对匿名结构体类型重命名也容易引入问题看看 下面的代码可行吗 typedef struct
{int data;S* next;
}S; 是不行的因为S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类型来创建成员变量这是不行的。 2. 结构体内存对齐 看一段代码 struct S1
{char c1;int i;char c2;
}s;int main()
{printf(%zd \n,sizeof(s));return 0;
} 如果只按成员的大小来看的话该结构体应该只占用6个字节就够了 但程序运行起来后可以发现是12个字节。 这就涉及到结构体内存对齐。 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 中默认的值为 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的 整数倍。 4. 如果嵌套了结构体的情况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。 一共9个字节按照规则3来说为最大对齐数的整数倍那就是3 * 4 12个字节 再来看几个例子 struct S2
{char c1;char c2;int i;
};一共8个字节按照规则3来说为最大对齐数的整数倍那就是2* 4 8个字节 struct S3
{double d;char c;int i;
}; 一共15个字节按照规则3来说为最大对齐数的整数倍那就是4* 4 16个字节 struct S4
{char c1;struct S3 s3;double d;
}; 其中嵌套了s3已经知道s3的大小是16个字节其中最大对齐数是8那么就从偏移量8开始占16个字节。 一共32个字节按照规则3来说为最大对齐数的整数倍那就是4* 8 32个字节 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。 个人观点主要原因还是第二个 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 如上例 S1,S2 struct S1
{char c1;int i;char c2;
}s;struct S2
{char c1;char c2;int i;
}; 同样的成员类型我们可以发现S1占12个字节S2就只占8个字节了。 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)//设置默认对⻬数为1
struct S
{char c1;int i;char c2;
};
#pragma pack()//取消设置的对⻬数还原为默认
int main()
{printf(%d\n, sizeof(struct S));return 0;
} 3. 结构体传参 struct S
{int data[1000];int num;
};
struct S s { {1,2,3,4}, 1000 };
//结构体传参
void print1(struct S s)
{printf(%d\n, s.num);
}
//结构体地址传参
void print2(struct S* ps)
{printf(%d\n, ps-num);
}
int main()
{print1(s); //传结构体print2(s); //传地址return 0;
} print2更好因为print1在传参时是传值调用这个值有多大就得开辟多大的空间仅是一个data数 组就要了4000个字节的空间。 而print2在传参的时候是传址调用传地址过去大小无非就是4 / 8个字节效率更高。 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。 结论在进行结构体传参的时候尽量传结构体的地址。 4.结构体实现位段 4.1 位段的定义 位二进制位 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。 例 struct A
{int _a : 2;int _b : 5;int _c : 10;int _d : 30;
};struct B
{int _a;int _b ;int _c ;int _d ;
};
int main()
{printf(%zd\n, sizeof(struct A));printf(%zd\n, sizeof(struct B));return 0;
} A就是⼀个位段类型。 后面跟的数字是代表分配多少比特位 我们来看看效果 可见 位段是专门用来节省内存空间的。 但是 如果只按照分配的比特位来看251030 47 应该只分配6个字节就够了为什么是8 个。这就涉及到了位段的内存分配 4.1 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。 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;printf(%zd\n, sizeof(s));return 0;
} 4.2 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1632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。 结论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。 4.3 位段的应用 下图是网络协议中IP数据报的格式我们可以看到其中很多的属性只需要几个bit位就能描述这 里使用位段能够实现想要的效果也节省了空间这样网络传输的数据报大小也会较小⼀些对 网络的畅通是有帮助的。 4.4 位段的使用注意事项 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。
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