【C語言】自定義類型（結(jié)構(gòu)體，位段）詳解-創(chuàng)新互聯(lián)

目錄 一、結(jié)構(gòu)體

?1、結(jié)構(gòu)體聲明

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?2、結(jié)構(gòu)體自引用

?3、結(jié)構(gòu)體變量的定義和初始化

?4、結(jié)構(gòu)體內(nèi)存對齊

?5、結(jié)構(gòu)體傳參

二、位段

?1、什么是位段

?2、位段內(nèi)存的分配問題

?3、位段跨平臺問題

一、結(jié)構(gòu)體

?在開發(fā)的過程中，我們難免要去描述一些復(fù)雜的對象，而想要描述這些對象，就不能使用之前學(xué)過的int，double等這些類型。這時候就可以用到結(jié)構(gòu)體了，結(jié)構(gòu)體是一些值的集合，這些值稱為成員變量。結(jié)構(gòu)的每個成員可以是不同類型的變量。

?1、結(jié)構(gòu)體聲明

下面是聲明一個學(xué)生類型，例如：

struct Stu
{
    char name[20];//名字
    int age;//年齡
    char sex[5];//性別
    char id[20];//學(xué)號
};

?還有一種是結(jié)構(gòu)體的特殊聲明，就是可以不完全的聲明。表示匿名結(jié)構(gòu)體,即沒有寫結(jié)構(gòu)體標(biāo)簽。就如下面這種形式：

//匿名結(jié)構(gòu)體類型
struct
{
    int a;
    char b;
    float c;
}x;
struct
{
    int a;
    char b;
    float c;
}a[20],*p;

?上述定義的兩個結(jié)構(gòu)體類型都是struct，沒有對應(yīng)的結(jié)構(gòu)體標(biāo)簽，所以是匿名得結(jié)構(gòu)體。?而匿名結(jié)構(gòu)體因為沒有結(jié)構(gòu)體標(biāo)簽，每個struct 匿名結(jié)構(gòu)體類型都是獨立的，聲明匿名結(jié)構(gòu)體類型后，因為匿名結(jié)構(gòu)體類型都是獨立的。它只能在聲明定義的時候在后面同時創(chuàng)建對應(yīng)的結(jié)構(gòu)體變量。

?2、結(jié)構(gòu)體自引用

?結(jié)構(gòu)體里面可以放相同或者不同類型的多個成員變量，那么結(jié)構(gòu)體里面的成員變量可以是當(dāng)前結(jié)構(gòu)體類型創(chuàng)建的成員變量嗎？答：是可以的。

?首先先看一看上面的代碼是否可以，答：這種寫法是錯誤的，因為這個結(jié)構(gòu)體類型里面的成員變量還沒描述完就直接使用自身結(jié)構(gòu)體類型創(chuàng)建個變量，這樣是行不通的。

正確的結(jié)構(gòu)體自引用方法是：

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

這樣寫就能夠明確結(jié)構(gòu)體指針類型字節(jié)大小的，并且還能用這個結(jié)構(gòu)體類型創(chuàng)建其他變量，例如創(chuàng)建一個s的變量，里面的結(jié)構(gòu)體指針成員變量可以存放&s ，這個時候就可以存放這個結(jié)構(gòu)體類型創(chuàng)建的另外的變量的地址，可以通過解引用訪問到其他結(jié)構(gòu)體變量。

?3、結(jié)構(gòu)體變量的定義和初始化

有了上面的結(jié)構(gòu)體類型，那如何定義變量，其實很簡單。

?定義完變量就該初始化變量，如下：

//初始化：定義變量的同時賦初值
struct Book p3 = { x , y };

struct Book  //類型聲明
{
   char BookName[20];//書名
   char author[20];//作者
};
struct Book s = {"C語言程序設(shè)計"，"zhangsan" };//初始化

?用struct Node類型創(chuàng)建了變量n1 和n2, 對n1和n2結(jié)構(gòu)體變量嵌套進行初始化，對n1變量進行初始化時，當(dāng)初始化到p這個struct Book變量時，因為其自身也是一個結(jié)構(gòu)體變量，對結(jié)構(gòu)體變量初始化里面成員可能有多個需要再嵌套一個{ }，此時應(yīng)該對該結(jié)構(gòu)體變量里面的成員變量先進行初始化，最后在為最后一個結(jié)構(gòu)體指針變量進行初始化為NULL，這就是結(jié)構(gòu)體嵌套初始化。

?4、結(jié)構(gòu)體內(nèi)存對齊

?在前面我們已經(jīng)掌握結(jié)構(gòu)體的使用，但是我們還不清楚結(jié)構(gòu)體大小的計算，想要計算結(jié)構(gòu)體的大小，首先我們先要明白結(jié)構(gòu)體內(nèi)存的對齊，才能夠準(zhǔn)確的計算結(jié)構(gòu)體的大小。

?重點：計算結(jié)構(gòu)體大小，首先我掌握結(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個數(shù)字（對齊數(shù)）的整數(shù)倍的地址處。

?對齊數(shù) = 編輯器默認(rèn)的一個對齊數(shù)與該成員大小的較小值。VS中默認(rèn)對齊數(shù)為8。

?(3)結(jié)構(gòu)體總大小為大對齊數(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大對齊數(shù)（含嵌套結(jié)構(gòu)體的對齊數(shù)）的整數(shù)倍。

?c1為結(jié)構(gòu)體S1的第一個成員變量，所以對齊到偏移量0處，c1成員對齊數(shù)為1，并且占用1個字節(jié)，所以偏移量0開始的第一個內(nèi)存單元就為c1的空間。

?整形 i 為結(jié)構(gòu)體的第二個成員變量，對齊到自身成員對齊數(shù)最小整數(shù)倍位置，偏移量為0處的內(nèi)存單元已經(jīng)存放了c1，所以需要往后到偏移量為4的位置，才是i成員對齊數(shù)4的倍數(shù)，即從偏移處4開始往后存放4個字節(jié)。

??c2為結(jié)構(gòu)體的第三個成員變量，對齊數(shù)為1個字節(jié)，當(dāng)前可用的偏移量從8開始，而8是對齊數(shù)1的倍數(shù)，此時從偏移量為8的位置開始存放c2，c2占用一個字節(jié)，所以偏移8處就位c2存放的地址。此時，所有的成員變量都分配好空間，是從偏移量0到8，占用了9個字節(jié)，而結(jié)構(gòu)體總大小為所有成員變量大對齊數(shù)4的倍數(shù)，9不是4的倍數(shù)，所以需要浪費3個字節(jié)，最終計算出的大小為12。

?結(jié)構(gòu)體S2的計算方法和S1相似，根據(jù)上圖可以容易的計算出，在此處我就略寫了。?

?為什么存在內(nèi)存對齊？??（有兩個原因）

?(1)平臺原因（移植原因）：不是所有的硬件平臺都能訪問任意地址上的任意數(shù)據(jù)的；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)，否則拋出硬件異常。

?(2)性能原因：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(尤其是棧)應(yīng)該盡可能地在自然邊界上對齊。原因在于，為了訪問未對齊的內(nèi)存，處理器需要作兩次內(nèi)存訪問；而對齊的內(nèi)存訪問僅需要一次訪問。

? 總體來說，結(jié)構(gòu)體的內(nèi)存對齊是拿空間來換取時間的做法。所以我們在設(shè)計結(jié)構(gòu)體的時候，盡可能的讓占用空間小的成員集中在一起。

??5、結(jié)構(gòu)體傳參

struct S
{
    int data[1000];
    int num;
};
struct S s = { {1,2,3,4}, 1000 };
//結(jié)構(gòu)體傳參
void print1(struct S s)
{
    printf("%d\n", s.num);
}
//結(jié)構(gòu)體地址傳參
void print2(struct S* ps)
{
    printf("%d\n", ps->num);
}
int main()
{
    print1(s);  //傳結(jié)構(gòu)體
    print2(&s); //傳地址
    return 0;
}

?上述運用了兩種傳送形式，一種是直接傳結(jié)構(gòu)體，另一種是傳地址。這兩種方法我們選第二種傳地址的方法，因為函數(shù)傳參的時候，參數(shù)是需要壓棧，會有時間和空間上的系統(tǒng)開銷。 如果傳遞一個結(jié)構(gòu)體對象的時候，結(jié)構(gòu)體過大，參數(shù)壓棧的的系統(tǒng)開銷比較大，所以會導(dǎo)致性能的下降。

二、位段

?1、什么是位段

?位段的聲明和結(jié)構(gòu)是類似的，有兩個不同：

1.位段的成員必須是 int、unsigned int 或signed int 。

2.位段的成員名后邊有一個冒號和一個數(shù)字。

上述A就是一個位段類型。此時計算結(jié)構(gòu)體A的大小為8個字節(jié)。

因為一個int類型是4個字節(jié) = 32個bit，所以我們先開辟一個int類型的4個字節(jié)32存放它們，a 占2個bit，b占5個bit，c占10個bit，此時，已經(jīng)占用了17個bit，而d需要30個bit，這時放不下d，所以還需要再開辟一個int類型的4個字節(jié)存放d，所以結(jié)構(gòu)體A的大小為8個字節(jié)。

?2、位段內(nèi)存的分配問題

1. 位段的成員可以是 int unsigned? int signed? int 或者是 char （屬于整形家族）類型

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

3. 位段涉及很多不確定因素，位段是不跨平臺的，注重可移植的程序應(yīng)該避免使用位段。

?接下來我們通過例子能夠更好地講解位段內(nèi)存的分配，并且還能清晰看出數(shù)據(jù)是怎么存放的。

下面我通過簡單的畫圖可以幫助大家更好地理解。?

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?3、位段跨平臺問題

1. int 位段被當(dāng)成有符號數(shù)還是無符號數(shù)是不確定的。

2. 位段中大位的數(shù)目不能確定。（16位機器大16，32位機器大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(biāo)準(zhǔn)尚未定義。

4. 當(dāng)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。

?總結(jié)：跟結(jié)構(gòu)體相比，位段可以達到同樣的效果，但是可以很好的節(jié)省空間，但是有跨平臺的問題存在。

本文要是有不足的地方，歡迎大家在下面評論，我會在第一時間更正。

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轉(zhuǎn)載來源：http://muchs.cn/article14/ejgde.html

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