对结构体及位段的认识

系统管理员 2022-06-12 00:08 215阅读 0赞

在C语言里为了描述一些现实生活中比较复杂的东西，往往需要用到结构体。结构体就是用户自己建立的由不同数据类型组成的组合型数据结构。比如：描述一个学生，可能需要描述他的学号，姓名，成绩等。

一. 声明及定义结构体变量

有三种方法定义结构体变量

1. 先声明结构体类型，再定义该类型的变量，例如：

struct P
    {
           inta;
           charc;
    };
    int main()
    {
           structStu s1；
           return0;
    }

2. 在声明的同时定义，如下例：

struct P
    {
    int a;
    char c;
    }p1,p2;

3. 不指定类型名直接定义结构体类型变量，这种方法用得不多

struct
    {
        int a;
        char b;
    }p1,p2;

二. 结构体变量的初始化

用一对大括号括起来，例如：

struct Stu
    {
           charnum[12];
           charname[20];
           doublescore[3];
    };
    int main()
    {
           structStu s1 = { "2015120326", "张三",  { 80, 85, 90 } };//用大括号初始化
           printf("%s\n",s1.num);
           printf("%s\n",s1.name);
           return0;
    }

三. typedef

在定义结构体变量时，我们需要struct Stu s1，当代码较长时，这样的代码会显得繁琐，可以使用typedef重命名，例如：

typedef struct Stu
    {
        char num[12];
        char name[20];
        double score[3];
    }stu;
    intmain()
    {
        stu s1;
        return 0;
    }

此时，将struct Stu重命名为stu，这样写既方便，又减少代码长度。

四. 结构体在内存中存储

先看一段代码：

struct p
    {
        inta;
        doublec;
    };
    int main()
    {
        printf("%d\n",sizeof(struct p));
        return0;
    }

它的结果是16，这是为什么？

它遵循以下的**内存对齐的原则**

1. 结构体的第1个成员在结构体变量偏移量为0的地址处；

2. 从第2个成员开始，都要对齐到某个数字（对齐数）的整数倍数的地址处；

对齐数为结构成员自身大小和默认对齐数的较小值，

默认对齐数vs平台上是8个字节，gcc为4个字节

3. 结构体的总大小必须是最大对齐数的整数倍。

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最大对齐数（含嵌套结构体的对齐数）的整数倍。

struct p
    {
    	char a;//0偏移处，1-7偏移处浪费
    			//第二个成员对齐数为8
    	double c;//8-15偏移处，所以16个字节
    };
    struct p
    {
    	char a;//偏移量为0
    	//偏移量1-7地址处浪费
    	double c;//对齐数为8，偏移量8-15  即16个字节
    };
    struct s
    {
    	double d;//偏移量0-7
    	char c;//对齐数为1，偏移处8
    	//偏移量9-15浪费
    	struct p p1;//对齐数为8，偏移量16-31
    	int t;//偏移量为32-35   最大对齐数为8，所以为40个字节
    };

**内存对齐的原因**：

1. 平台原因：不是所有的硬件平台都能访问任意地址上的任意数据；某些硬件平台只能在某些地址处取某些特定类型的数据，否则将抛出硬件异常。

2. 性能原因：数据结构（尤其是栈）应该尽可能的在自然边界上对齐。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。

五. 位段

1、位段成员必须声明为int，signed int，unsigned int类型，在成员名的后面是一个冒号的一个整数，这个整数该位段所占用的大小。

2、首先，位段的成员在内存里面存储是从左到右还是从右到左的是不确定的，其次，当一个声明指定两个位段，第二个位段无法存储在第一个的剩余位上时，第二个位段直接存储于下一个字节上还是将第一个位段剩余的空间占满后剩下的存储到下一个字节也是不确定的。

因此，位段不能跨平台使用。

structStu
    {
        char a : 2;
        char b : 3;
        char c : 5;
    };

在vs平台上，a和b存储在一个字节上，c存储在下一个字节上，所以该位段大小为2个字节。