C复习-结构struct+bit field+union

参考： 里科《C和指针》

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结构的声明

struct {
    int a;
    char b;
} x;
struct {
    int a;
    char b;
} y[20], *z;

// 会报错，因为z和x虽然都没有名字，但是并不是一个东西
z = &x;

struct SIMPLE {
    int a;
    char b;
};
// 这样就对了，因为名字匹配
struct SIMPLE x;
struct SIMPLE* z = &x;

// 这样写也ok. 此时SIMPLE是类型名，而非结构体标签，因此可以直接用
typedef struct {
    int a;
    char b;
} SIMPLE;
SIMPLE x;
SIMPLE* z = &x;

结构体不能自引用（不能包含同结构成员），但可以包含指向同结构的指针。

struct SELF_REF1 {
	int a;
	struct SELF_REF1 b;
}; // 这个会报错，因为SELF_REF1的定义永远在递归，永远没有完成

struct SELF_REF2 {
	int a;
	struct SELF_REF2 *b; 
}; // 这个是正确的，因为b的长度确定

typedef struct {
	int a;
	SELF_REF3 *b;
} SELF_REF3; // 这个会报错，因为定义b时还没有SELF_REF3

typedef struct SELF_REF3_TAG {
	int a;
	struct SELF_REF3_TAG *b;
} SELF_REF3; // 这样是正确的

如果两个结构需要互相依赖（比如一个结构需要包含另一个结构的几个成员），那么至少要有一个结构必须在另一个结构中以指针的形式存在。此时使用不完整声明incomplete declaration。

// 先不完整声明B
struct B;

struct A {
	struct B *partner;
	...
};

struct B {
	struct A *partner;
	...
};

结构的初始化

类似数组，用嵌套的大括号。如果初始列表的值不够，剩余的会采用缺省值。

struct INIT_EX {
	int a;
	short b[10];
	Simple c;
} x = {
	10,
	{1, 2, 3},
	{4, 'x'}
};

结构成员的访问

结构成员的直接访问用 . ，间接访问（通过指向结构的指针访问成员）使用 → 。

→的优先级高于&和*

typedef struct {
	int a;
	short b[2];
} Ex2;
typedef struct EX {
	int a;
	char b[3];
	Ex2 c;
	struct Ex *d;
} Ex;
// 此时指针d是NULL
Ex x = { 10, "Hi", { 5, {-1, 25} }, 0 };
Ex *px = &x;

// ->优先级高于&所以不用括号
int *pi = &px->a;
int val = px->c.a;
int val2 = *px->c.b; // -1
// *px->d 会报错，所以对指针进行解引用之前一定要检查是否有效

结构存储空间的分配

编译器按照成员列表的顺序分配空间，如果存储时需要满足边界对齐要求，那么成员之间可能出现空白。比如一个机器int占4字节，起始存储位置必须被4整除，系统禁止编译器在struct的起始位置跳过字节来满足对齐要求，那么，对一个结构：

struct ALIGN {
	char a;
	int b;
	char c;
};

其存储结构如下，第一块的第一个字节存a，随后空3个字节，再开始存b，然后进入第三块，第一个字节存c，随后空3个字节。这样可以满足对齐要求，但需要12个字节，空6个。

□■■■|□□□□|□■■■

此时如果重新排列，使得int b在第一行，那么前4个字节可以存b，然后再来4个字节存a和c，最后跳过2个，此时只需要8个字节，空2个。

如果结构数目较少，为了可读性可以将相关的放在一起，但如果有成百上千个结构，为了减少内存浪费，应该考虑重排成员。

使用sizeof可以看整体占的字节数，offsetof则能看到struct某个元素在第几个字节。

#include 
typedef struct {
    int b;
    char a;
    char c;
} ALIGN;

int main()
{
    printf("%d\n", sizeof(ALIGN)); // 8
    printf("%d\n", offsetof(ALIGN, c)); // 5 
    return 0;
}

作为函数参数

直接传struct效率很低，因为需要制造拷贝，复制到堆栈中再丢弃。因此一般是传递指针。（除非结构特别特别小，即长度和指针相同或更小）

为了进一步提升效率，可以把参数声明为寄存器变量（如果函数对这个指针的间接访问超过3次，会更省时）；同时为了避免修改指针，可以声明为const

// Transaction是一个结构体，这个函数用来打印其中的成员。使用->访问成员
// 如果函数里需要修改某个成员，就去掉const
void print(register Transaction const *trans);

位段bit field

类似struct，但是成员占一个或多个位，最终存储在一个或多个整型变量中。位段的成员只能是int、signed int或unsigned int（最好只用signed和unsigned，因为int被解释为有符号还是无符号是编译器决定的），并且要指明位数。

如果要保证可移植性，那么不要用位段。

优点是可以将长度为奇数的数据包装在一起，节省存储空间；可以很方便地访问一个整型值的部分内容，比如在os中与磁盘控制器通信，方便进行位操作。

struct CHAR {
	unsigned ch : 7;
	unsigned font : 6;
	unsigned size : 19;
};
struct CHAR ch1;

联合Union

union的成员引用的是内存中的相同位置，所以适合不同时刻在同一位置存储不同东西的情况。如果成员们长度不同，union的长度就是最长的成员的长度。

初始化时，初始值必须是第一个成员的类型，如果不符合，会被转换。

union {
	float f;
	int i;
} fi = { 1.0f };