結(jié)構(gòu)體

結(jié)構(gòu)體內(nèi)存對(duì)齊問(wèn)題：

當(dāng)我們?cè)谟?jì)算結(jié)構(gòu)體的大小時(shí)，我們便需要清楚的知道結(jié)構(gòu)體內(nèi)存對(duì)齊是什么。

存在內(nèi)存對(duì)齊的原因可細(xì)分為兩個(gè)：

平臺(tái)原因：

不是所有的硬件平臺(tái)都能方位任意地址上的任意數(shù)據(jù)；某些硬件平臺(tái)只能在某些地址處取某些特定類型的數(shù)據(jù)，否則會(huì)拋出硬件異常。

性能原因：

首先內(nèi)存對(duì)齊可以提高程序的性能，當(dāng)訪問(wèn)未對(duì)其的內(nèi)存空間時(shí)，有時(shí)候處理器需要進(jìn)行兩次訪問(wèn)，而當(dāng)訪問(wèn)對(duì)齊的內(nèi)存時(shí)，只需要一次就夠了。這同時(shí)也被叫做 用空間換取時(shí)間。 

結(jié)構(gòu)體的對(duì)齊規(guī)則：

1.第一個(gè)成員在與結(jié)構(gòu)體變量偏移量為0的地址處。

2.其他成員變量要對(duì)齊到某各數(shù)字（對(duì)齊數(shù)）的整數(shù)倍的地址處。

對(duì)齊數(shù)=編譯器默認(rèn)的一個(gè)對(duì)齊數(shù) 與 該成員大小的較小值。（VS中默認(rèn)的值為8）

3.結(jié)構(gòu)體總大小為最大對(duì)齊數(shù)（每個(gè)成員變量都有一個(gè)對(duì)齊數(shù)）的整數(shù)倍。

4.如果嵌套了結(jié)構(gòu)體的情況，嵌套的結(jié)構(gòu)體對(duì)齊到自己的最大對(duì)齊數(shù)的整數(shù)倍處，結(jié)構(gòu)體的整體大小就是所有最大對(duì)齊數(shù)（含嵌套結(jié)構(gòu)體的對(duì)齊數(shù)）的整數(shù)倍。

舉例1:

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include<stdio.h>
int main()
{
	struct s1
	{
		char c1; // 1字節(jié)
		int i;   // 4字節(jié)
		char c2; // 1字節(jié)
	};
	printf("%d\n", sizeof(struct s1));
}

輸出結(jié)果為：

解釋如下：

我們易知內(nèi)存會(huì)為結(jié)構(gòu)體開辟一塊空間來(lái)給結(jié)構(gòu)體存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，從而我們可以用下圖的方式將該空間給表示出來(lái)：

舉例2：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include<stdio.h>
int main()
{
	struct s2
	{
        int i;  // 4字節(jié)
		char c1;// 1字節(jié)
		char c2;// 1字節(jié)
	};
	printf("%d\n", sizeof(struct s2));
}

輸出結(jié)果為：

解釋如下：

舉例3：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include<stdio.h>
struct s3
{
	double d; // 8字節(jié)
	char c;   // 1字節(jié)
	int i;    // 4字節(jié)
};
struct s4
{
	char c1;   // 1字節(jié)
	struct s3; // 16字節(jié)
	double d;  // 8字節(jié)
};
int main()
{
	printf("%d\n", sizeof(struct s4));
	return 0;
}

輸出結(jié)果為：

解釋如下：

結(jié)論總結(jié)：

當(dāng)我們想內(nèi)存對(duì)齊的同時(shí)也想節(jié)省空間時(shí)，可以將空間小的變量集中在一起??！

offsetof-宏

用途：計(jì)算結(jié)構(gòu)體成員相對(duì)于起始位置的偏移量的

注意：使用該函數(shù)時(shí)，應(yīng)該引用頭文件 #include <stddef.h>

舉例：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include<stdio.h>
#include<stddef.h>
struct s1
{
	char c1;
	int i;
	char c2;
};
int main()
{
	printf("%u\n", offsetof(struct s1,c1));
	printf("%u\n", offsetof(struct s1, i));
	printf("%u\n", offsetof(struct s1, c2));
}

輸出結(jié)果為：

位段

位段的成員類型必須為： int、unsigned int、signed int

位段的空間是按照需要以4個(gè)字節(jié)（int）或者1個(gè)字節(jié)（char ）的方式來(lái)開辟的

位段的成員名后邊有一個(gè)冒號(hào)和一個(gè)數(shù)字！

舉例1：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include<stdio.h>
struct s5
{              // 位段所代表的意思
	int _a : 2; // _a 占 2個(gè)bit位
	int _b : 5; // _b 占 5個(gè)bit位 
	int _c : 10;// _c 占 10個(gè)bit位 
	int _d : 30;// _d 占 30個(gè)bit位 
};
int main()
{
	printf("%d\n", sizeof(s5));
	return 0;
}

輸出結(jié)果為:（ 原本的字節(jié)大小為 16 字節(jié) =16*8=128 bit  現(xiàn)在的字節(jié)大小為 8字節(jié)且只占 2+5+10+30 = 47bite）

那為啥不是占用7字節(jié)呢？7字節(jié)有 7*8=56bite 也夠使用啊？

我們便需要根據(jù)位段的規(guī)定來(lái)解釋，當(dāng)為（int）類型時(shí)內(nèi)存空間每次都是以4字節(jié)的大小來(lái)開辟空間的，當(dāng)為（char）類型時(shí)內(nèi)存空間每次都是以1字節(jié)的大小來(lái)開辟空間的，所給例子為int類型，當(dāng)所定的第一個(gè)4字節(jié)空間不夠用時(shí)，便會(huì)再開辟一塊大小為4字節(jié)的空間來(lái)供其存儲(chǔ)，從而輸出結(jié)果為8字節(jié)。

結(jié)論：  

我們可以根據(jù)所定義的整型數(shù)字大小，利用位段來(lái)給其分配相適應(yīng)大小的空間，從而有效的幫我們進(jìn)行內(nèi)存空間的節(jié)省。

舉例2：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include<stdio.h>
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;
}

我們想要知道位段在（VS編譯器）內(nèi)存中是如何存儲(chǔ)的，便可以打開監(jiān)控來(lái)進(jìn)行調(diào)試

如圖所示：

 （結(jié)構(gòu)體變量s 剛開始初始化了 3字節(jié)）

 （結(jié)構(gòu)體變量s 經(jīng)過(guò)賦值之后存儲(chǔ)數(shù)值的變化）

解釋如下圖：

位段的跨平臺(tái)問(wèn)題:

1. int 位段被當(dāng)成有符號(hào)數(shù)還是無(wú)符號(hào)數(shù)是不確定的。

2. 位段中最大位的數(shù)目不能確定。(16位機(jī)器最大16，32位機(jī)器最大32），寫成27，在16位機(jī)器會(huì)出問(wèn)題。

3.位段中的成員在內(nèi)存中從左向右分配，還是從右向左分配標(biāo)準(zhǔn)尚未定義。

4. 當(dāng)一個(gè)結(jié)構(gòu)包含兩個(gè)位段，第二個(gè)位段成員比較大，無(wú)法容納于第一個(gè)位段剩余的位時(shí)，是舍棄剩余的位還是利用，這是不確定的。

結(jié)論：

位段涉及很多不確定因素，位段是不垮平臺(tái)的，注重可移植的程序應(yīng)該避免使用位段。

枚舉

枚舉類型是某類數(shù)據(jù)可能取值的集合

例子：一周內(nèi)星期的取值為7天，可以一一列舉出來(lái)

定義方式及使用方式：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include<stdio.h>
enum day
{
	Mon,
    Tues,
	Wed,
	Thur,
	Fri,
	Sat,
	Sun
};
int main()
{
	enum day s1 = Mon;
	enum day s2 = Sat;
	return 0;
}

舉例1：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include<stdio.h>
enum color
{
	blue,
	green,
	yellow
};
int main()
{
	printf("%d\n", blue);
	printf("%d\n", green);
	printf("%d\n", yellow);
	return 0;
}

輸出結(jié)果為： （由結(jié)果知枚舉常量會(huì)被自動(dòng)從0開始一次往下賦值）

拓展：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include<stdio.h>
enum color
{
	blue=4,
	green=7,
	yellow
};
int main()
{
	printf("%d\n", blue);
	printf("%d\n", green);
	printf("%d\n", yellow);
	return 0;
}

輸出結(jié)果為：（由此可知枚舉常量我們可以自定義賦值，未賦值常量為其上一常量的值+1）

#define 也可以用來(lái)定義常量，那用枚舉來(lái)定義常量的優(yōu)點(diǎn)為：

1.增加代碼的可讀性和可維護(hù)性

2. 和#define定義的標(biāo)識(shí)符比較枚舉有類型檢查，更加嚴(yán)謹(jǐn)

3.防止了命名污染（封裝）

4. 便于調(diào)試

5. 使用方便，一次可以定義多個(gè)常量

聯(lián)合體(共用體)

特點(diǎn)：

各成員共享一段內(nèi)存空間，一個(gè) 聯(lián)合變量的長(zhǎng)度等于各成員中最長(zhǎng)的長(zhǎng)度。

舉例1：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include<stdio.h>
union Un
{
	char c;
	int i;
};
int main()
{
	union Un u1;
	printf("%d\n", sizeof(u1));
	printf("%p\n", &u1);
	printf("%p\n", &u1.c);
	printf("%p\n", &u1.i);
}

輸出結(jié)果為： 

如圖所示： 

應(yīng)用：（用來(lái)判斷編譯器是大端存儲(chǔ)還是小端存儲(chǔ)）

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include<stdio.h>
int chek_sys()
{
	union Un //創(chuàng)建一個(gè)聯(lián)合體 char c 和 int i 共用同一塊存儲(chǔ)空間
	{
		char c;
		int i;
	}u;
	u.i = 1;    // 這里給i賦值為1
	            //若為小端存儲(chǔ)時(shí)內(nèi)存中所存儲(chǔ)：01 00 00 00（16進(jìn)制）  為大端存儲(chǔ)： 00 00 00 01（16進(jìn)制） 
	return u.c; //這里直接返回 char c 與 int i 所共用空間的值 
	            //返回1字節(jié)大小的值 即 int i 以16進(jìn)制方式所存儲(chǔ)的前兩位數(shù)字 ，若值為1則為小端 若值為0則為大端
}
int main()
{
	if (1 == chek_sys())
	{
		printf("小端\n");
    }
	else
	{
		printf("大端\n");
	}
	return 0;
}

輸出結(jié)果：

舉例2：（計(jì)算聯(lián)合體的大小）

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include<stdio.h>
union Un
{
	char arr[5];//5字節(jié)
	int i;     //4字節(jié)
};
int main()
{
	printf("%d\n", sizeof(union Un));
	return 0;
}

輸出結(jié)果為：(我們從結(jié)果得知聯(lián)合體也存在內(nèi)存對(duì)齊) 

解釋：

char類型數(shù)組先占用5字節(jié)，其對(duì)齊數(shù)為1字節(jié)（char），int i占用4字節(jié)與char類型數(shù)組公用同一塊空間，其對(duì)齊數(shù)為4字節(jié)（int），該聯(lián)合體所占5字節(jié)，但存在內(nèi)存對(duì)齊，需為4字節(jié)的倍數(shù)，從而要浪費(fèi)3字節(jié)空間使其為8字節(jié)。

以上便是關(guān)于結(jié)構(gòu)體和聯(lián)合體的全部?jī)?nèi)容 ！

如有錯(cuò)誤或者能改進(jìn)的地方 請(qǐng)各大佬指出 我會(huì)及時(shí)改正?。?nbsp;

到此這篇關(guān)于C語(yǔ)言超詳細(xì)講解結(jié)構(gòu)體與聯(lián)合體的使用的文章就介紹到這了,更多相關(guān)C語(yǔ)言結(jié)構(gòu)體與聯(lián)合體內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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