深入探索C语言struct的用法

Posted 2021-05-26 嵌入式基地

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struct的作用

一般来说，区别一个开发人员是否具备丰富开发经历的标志在于其会不会使用struct，怎么使用strcut
在网络协议、通信控制、嵌入式系统的编程中，我们经常要传送的不是简单的字节流（char型数组），而是多种数据组合起来的一个整体，其表现形式是一个结构体。
初级的开发人员往往将所有需要传送的内容依顺序保存在char 型数组中，通过指针偏移的方法传送网络报文等信息。这样做编程复杂，易出错，而且一旦控制方式及通信协议有所变化，程序就要进行非常细致的修改。
一个有经验的开发者则灵活运用结构体，举一个例子，假设网络或控制协议中需要传送三种报文，其格式分别为packetA、packetB、packetC

typedef struct StructA {
  int a;
  char b;
} A;
typedef struct StructB {
  chara;
  shortb;
} B;
typedef struct StructC {
  int a;
  char b;
  float c;
} C;

报文结构设计

typedef enum PacketType{
  PacketTypeA = 1,
  PacketTypeB,
  PacketTypeC
};
struct CommuPacket {
  PacketType type;  < 报文类型
  union {          < 每次传输的是其中的一种，因此使用union
    A packet_a;
    B packet_b;
    C packet_c;
  }
};

报文传输设计

/* pSendData 发送字节流的首地址
   len 发送数据长度
*/
void Send(char *pSendData, unsigned int len);
/* pRecvData 接收缓冲区首地址
   len 接受长度 
   返回值：实际接收长度
*/
unsigned int Recv(char *pRecvData, unsigned int len);

判断报文类型，并作相应处理

switch(type) {
  case PacketTypeA :
  ...
  break;
  case PacketTypeB :
  ...
  break;
  case PacketTypeC :
  ...
  break;
}

struct成员对齐

自然对齐

struct 是一种复合数据类型，其构成元素既可以是基本数据类型（如int、long、float 等）的变量，也可以是一些复合数据类型（如array、struct、union 等）的数据单元。对于结构体，编译器会自动进行成员变量的对齐，以提高运算效率。缺省情况下，编译器为结构体的每个成员按其自然对界（natural alignment）条件分配空间。各个成员按照它们被声明的顺序在内存中顺序存储，第一个成员的地址和整个结构的地址相同。
自然对界(natural alignment)即默认对齐方式，是指按结构体的成员中size 最大的成员对齐。

struct Natural {
  char a;
  short b;
  char c;
}

在上面的这个结构体中，size最大的数据类型为short，长度为两个字节。因此，结构体中所有成员变量都以2为单位对齐。
其大小为sizeof(Natural) = 6

指定对界

一般使用预处理指令#pragma pack来改变缺省的对界条件

• 使用伪指令#pragma pack (n)，编译器将按照n 个字节对齐
• 使用伪指令#pragma pack ()，取消自定义字节对齐
• 如果#pragma pack (n)中指定的n 大于结构体中最大成员的size，则其不起作用，结构体仍然按照size 最大的成员进行对界

#pragma pack (n)
struct Natural {
  char a;
  int b;
  char c;
};
#pragma pack ()

当n 为4、8、16 时，其对齐方式均一样，sizeof(naturalalign)的结果都等于12。而当n 为2时，其发挥了作用，使得sizeof(Natural)的结果为6。

• 通过__attribute((aligned (n)))也可以让所作用的结构体成员对齐在n 字节边界上，但它使用较少