第C語(yǔ)言超詳細(xì)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(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

#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(huì)為結(jié)構(gòu)體開(kāi)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

#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(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#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(gè)字節(jié)（int）或者1個(gè)字節(jié)（char）的方式來(lái)開(kāi)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

#includestdio.h

structs5

{//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

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(kāi)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(kāi)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(kāi)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

#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(chǔ)的，便可以打開(kāi)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(kāi)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

#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(huì)被自動(dòng)從0開(kāi)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(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

#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(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

#includestdio.h

intchek_sys()

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

charc;

inti;

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)：01000000（16進(jìn)制）為大端存儲(chǔ)：00000001（16進(jìn)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(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

intmain()

if(1==chek_sys())

printf("小端\n");

else

printf("大端\n");

return0;

}

輸出結(jié)果：

舉例2：（計(jì)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