Day_16 结构体

目录

1.结构体

1.1结构体类型的声明

1.结构体的基础知识

2.结构的声明

3.特殊的声明 

1.2结构的自引用

1.3结构体变量的定义和初始化

1.4结构体内存对齐

1.怎么对齐的

2.为什么要对齐 

3.修改默认对齐数

1.5结构体传参

1.传值调用

2.传地址调用 

3.结论

1.6结构体实现位段（位段的填充&可移植性）

1.什么是位段

2.位段的内存分配 

3.位段的跨平台问题 

2.枚举

2.1枚举类型的定义

2.2枚举的优点

3.联合（共用体）

3.1联合类型的定义

3.2联合的特点

3.3联合大小的计算

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1.结构体

1.1结构体类型的声明

1.结构体的基础知识

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

2.结构的声明

struct tag
{
	member - list;
}variable - list;

• struct是结构体关键字，不能省略
• tag是名字，可以自己设定 

假设要描述一个学生Student

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

int main()
{
	struct Student s4, s5, s6;//s4,s5,s6也是三个结构体变量
	return 0;
}

 区别在于：

• s1,s2,s3是全局变量
• s4,s5,s6是局部变量

3.特殊的声明 

在声明结构体的时候，可以不完全声明

（省略tag标签，在末尾分号前定义一个变量，只可以使用一次，称为匿名结构体类型）

1.2结构的自引用

我们先有一个数据结构的概念：

数据结构描述的是数据在内存中的存储和组织结构

在结构中包含一个类型为该结构本身的成员

正确的自引用方式：

struct Node
{
	int data;
	struct Node* next;
};

 结构体里包含一个同类型的结构体是不行的

但是结构体里包含一个同类型的结构体指针是可以的

这个时候匿名就是不行的，需要一个完整的结构体类型

1.3结构体变量的定义和初始化

有了结构体类型，那如何定义变量就很简单了

struct Point
{
	int x;
	int y;
}p1;            //声明类型的同时定义变量p1
struct Point p2 = { 4,5 };//定义结构体变量p2

//初始化：定义变量的同时赋初值
struct Ponit p3;

这几种定义方法都是可行的

对于复杂结构体可以用大括号初始化

struct Stu
{
	char name[20];
	int age;
};

int main()
{
	struct Stu s = { "张三",20 };
	return 0;
}

结构体也可以嵌套初始化 

1.4结构体内存对齐

我们先看一个例子：

我们计算一下S1和S2的大小，他们定义的时候成员变量的顺序不同

这里存在一个结构体内存对齐的问题

我们介绍一个知识：

offsetof  //这是一个宏，可以直接使用

//计算结构体成员相较于起始位置的偏移量的

1.怎么对齐的

结构体的对齐规则：

1. 第一个成员变量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
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）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

对齐数=编译器默认的一个对齐数 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

下面这篇文章详细的解释了结构体内存对齐规则

C语言--结构体内存对齐规则_结构体对齐原则-CSDN博客

2.为什么要对齐 

大部分的参考资料都是这样解释的：

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，处理器需要做两次内存访问；而对齐的内存访问仅需要一次访问

总的来说：

结构体的内存对齐是拿空间来换取时间的做法

在设计结构体的时候，我们既要满足对齐，又要节省空间：

就需要让占用空间小的成员尽量集中在一起

3.修改默认对齐数

#pragma pack(N) 

每个特定平台上的编译器都有自己的默认“对齐系数”(也叫对齐模数)。程序员可以通过预编译命令#pragma pack(n)，n=1,2,4,8,16来改变这一系数，其中的n就是你要指定的“对齐系数”

1.5结构体传参

1.传值调用

2.传地址调用 

函数传参的时候，参数是需要压栈的，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比较大，会导致性能的下降 

3.结论

结构体传参的时候，尽量传结构体的地址

1.6结构体实现位段（位段的填充&可移植性）

1.什么是位段

结构体下来就得了解一下结构体实现位段的能力

位段的出现就是为了节省空间

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 也可以是char类型
2. 位段的成员名后面有一个冒号和一个数字

举个例子

struct A
{
	int _a : 2;
	int _b : 5;
	int _c : 10;
	int _d : 30;
};

这就是一个位段 

位段的位指的是二进制位

2.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(属于整型家族)类型
2. 位段的空间上是按照需要以4个字节（int）或者一个字节（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，注重可移植性的程序应该避免使用位段

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
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. 当一个结构体包含两个位段，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

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 

2.枚举

枚举顾名思义就是一一列举

把可能的取值一一列举

2.1枚举类型的定义

枚举关键字是enum

enum Sex
{
	//枚举的可能取值
	MALE,//枚举常量
	FEMALE,
	SECRET
};

枚举常量的取值是从0开始的

在主函数中，我们用枚举常量的可能取值给他赋值，比如：

2.2枚举的优点

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. 便于调试
4. 使用方便，一次可以定义多个常量

3.联合（共用体）

3.1联合类型的定义

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）

联合体关键字是union

union Un
{
	char c;
	int i;
};

联合体的成员，在同一时间只能使用一个 

3.2联合的特点

联合的成员是公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成员）

3.3联合大小的计算

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