C語言超詳細講解結(jié)構(gòu)體與聯(lián)合體的使用

第C語言超詳細講解結(jié)構(gòu)體與聯(lián)合體的使用目錄結(jié)構(gòu)體offsetof-宏位段枚舉聯(lián)合體(共用體)

結(jié)構(gòu)體

結(jié)構(gòu)體內(nèi)存對齊問題：

當我們在計算結(jié)構(gòu)體的大小時，我們便需要清楚的知道結(jié)構(gòu)體內(nèi)存對齊是什么。

存在內(nèi)存對齊的原因可細分為兩個：

平臺原因：

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

性能原因：

首先內(nèi)存對齊可以提高程序的性能，當訪問未對其的內(nèi)存空間時，有時候處理器需要進行兩次訪問，而當訪問對齊的內(nèi)存時，只需要一次就夠了。這同時也被叫做用空間換取時間。

結(jié)構(gòu)體的對齊規(guī)則：

1.第一個成員在與結(jié)構(gòu)體變量偏移量為0的地址處。

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

對齊數(shù)=編譯器默認的一個對齊數(shù)與該成員大小的較小值。（VS中默認的值為8）

3.結(jié)構(gòu)體總大小為最大對齊數(shù)（每個成員變量都有一個對齊數(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)體對齊到自己的最大對齊數(shù)的整數(shù)倍處，結(jié)構(gòu)體的整體大小就是所有最大對齊數(shù)（含嵌套結(jié)構(gòu)體的對齊數(shù)）的整數(shù)倍。

舉例1:

#define_CRT_SECURE_NO_WARNINGS

#includestdio.h

intmain()

structs1

charc1;//1字節(jié)

inti;//4字節(jié)

charc2;//1字節(jié)

printf("%d\n",sizeof(structs1));

}

輸出結(jié)果為：

解釋如下：

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

舉例2：

#define_CRT_SECURE_NO_WARNINGS

#includestdio.h

intmain()

structs2

inti;//4字節(jié)

charc1;//1字節(jié)

charc2;//1字節(jié)

printf("%d\n",sizeof(structs2));

}

輸出結(jié)果為：

解釋如下：

舉例3：

#define_CRT_SECURE_NO_WARNINGS

#includestdio.h

structs3

doubled;//8字節(jié)

charc;//1字節(jié)

inti;//4字節(jié)

structs4

charc1;//1字節(jié)

structs3;//16字節(jié)

doubled;//8字節(jié)

intmain()

printf("%d\n",sizeof(structs4));

return0;

}

輸出結(jié)果為：

解釋如下：

結(jié)論總結(jié)：

當我們想內(nèi)存對齊的同時也想節(jié)省空間時，可以將空間小的變量集中在一起?。?/p>

offsetof-宏

用途：計算結(jié)構(gòu)體成員相對于起始位置的偏移量的

注意：使用該函數(shù)時，應該引用頭文件#includestddef.h

舉例：

#define_CRT_SECURE_NO_WARNINGS

#includestdio.h

#includestddef.h

structs1

charc1;

inti;

charc2;

intmain()

printf("%u\n",offsetof(structs1,c1));

printf("%u\n",offsetof(structs1,i));

printf("%u\n",offsetof(structs1,c2));

}

輸出結(jié)果為：

位段

位段的成員類型必須為：int、unsignedint、signedint

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

位段的成員名后邊有一個冒號和一個數(shù)字！

舉例1：

#define_CRT_SECURE_NO_WARNINGS

#includestdio.h

structs5

{//位段所代表的意思

int_a:2;//_a占2個bit位

int_b:5;//_b占5個bit位

int_c:10;//_c占10個bit位

int_d:30;//_d占30個bit位

intmain()

printf("%d\n",sizeof(s5));

return0;

}

輸出結(jié)果為:（原本的字節(jié)大小為16字節(jié)=16*8=128bit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??？

我們便需要根據(jù)位段的規(guī)定來解釋，當為（int）類型時內(nèi)存空間每次都是以4字節(jié)的大小來開辟空間的，當為（char）類型時內(nèi)存空間每次都是以1字節(jié)的大小來開辟空間的，所給例子為int類型，當所定的第一個4字節(jié)空間不夠用時，便會再開辟一塊大小為4字節(jié)的空間來供其存儲，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，利用位段來給其分配相適應大小的空間，從而有效的幫我們進行內(nèi)存空間的節(jié)省。

舉例2：

#define_CRT_SECURE_NO_WARNINGS

#includestdio.h

structS

chara:3;

charb:4;

charc:5;

chard:4;

intmain()

structSs={0};

s.a=10;

s.b=12;

s.c=3;

s.d=4;

return0;

}

我們想要知道位段在（VS編譯器）內(nèi)存中是如何存儲的，便可以打開監(jiān)控來進行調(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)過賦值之后存儲數(shù)值的變化）

解釋如下圖：

位段的跨平臺問題:

1.int位段被當成有符號數(shù)還是無符號數(shù)是不確定的。

2.位段中最大位的數(shù)目不能確定。(16位機器最大16，32位機器最大32），寫成27，在16位機器會出問題。

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準尚未定義。

4.當一個結(jié)構(gòu)包含兩個位段，第二個位段成員比較大，無法容納于第一個位段剩余的位時，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，位段是不垮平臺的，注重可移植的程序應該避免使用位段。

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

定義方式及使用方式：

#define_CRT_SECURE_NO_WARNINGS

#includestdio.h

enumday

Mon,

Tues,

Wed,

Thur,

Fri,

Sat,

intmain()

enumdays1=Mon;

enumdays2=Sat;

return0;

}

舉例1：

#define_CRT_SECURE_NO_WARNINGS

#includestdio.h

enumcolor

blue,

green,

yellow

intmain()

printf("%d\n",blue);

printf("%d\n",green);

printf("%d\n",yellow);

return0;

}

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

拓展：

#define_CRT_SECURE_NO_WARNINGS

#includestdio.h

enumcolor

blue=4,

green=7,

yellow

intmain()

printf("%d\n",blue);

printf("%d\n",green);

printf("%d\n",yellow);

return0;

}

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）

1.增加代碼的可讀性和可維護性

2.和#define定義的標識符比較枚舉有類型檢查，更加嚴謹

3.防止了命名污染（封裝）

4.便于調(diào)試

5.使用方便，一次可以定義多個常量

聯(lián)合體(共用體)

特點：

各成員共享一段內(nèi)存空間，一個聯(lián)合變量的長度等于各成員中最長的長度。

舉例1：

#define_CRT_SECURE_NO_WARNINGS

#includestdio.h

unionUn

charc;

inti;

intmain()

unionUnu1;

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：

應用：（用來判斷編譯器是大端存儲還是小端存儲）

#define_CRT_SECURE_NO_WARNINGS

#includestdio.h

intchek_sys()

unionUn//創(chuàng)建一個聯(lián)合體charc和inti共用同一塊存儲空間

charc;

inti;

u.i=1;//這里給i賦值為1

//若為小端存儲時內(nèi)存中所存儲：01000000（16進制）為大端存儲：00000001（16進制）

returnu.c;//這里直接返回charc與inti所共用空間的值

//返回1字節(jié)大小的值即inti以16進制方式所存儲的前兩位數(shù)字，若值為1則為小端若值為0則為大端

intmain()

if(1==chek_sys())

printf("小端\n");

else

printf("大端\n");

return0;

}

輸出結(jié)果：

舉例2：（計算聯(lián)合體的大小）

#define_CRT_SECURE_NO_WARNINGS

#includestdio.h

unionUn

chararr[5];//5字節(jié)

inti;//4字節(jié)

intmain()

printf("%d\n",s