自定义类型：结构体，枚举，联合

Posted 2021-06-27 AI_ELF

自定义类型：结构体，枚举，联合 【二】

• 本节重点
• • 结构体
  • • 结构体内存对齐
    • 修改默认对齐数
    • 结构体传参
    • 结构体实现位段（位段的填充&可移植性）
  • 枚举
  • • 枚举类型的定义及使用
    • 枚举的优点

本节重点

结构体

结构体内存对齐

引例

#include<stdio.h>
struct S
{
	char c;
	int i;
	char c2;
};
int main()
{
	struct S s = { 0 };
	printf("%d\\n", sizeof(s));
	return 0;
}

分析

要点：

1. 第一个成员在与结构体变量偏移量为0的地址处。
2. 其他成员变量要对齐到某个数字（对齐数）的整数倍的地址处。对齐数 = 编译器默认的一个对齐数 与 该成员大小的较小值。
3. 结构体总大小为最大对齐数（每个成员变量都有一个对齐数）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所有最大对齐数（含嵌套结构体的对齐数）的整数倍。

注：VS默认对齐数为8；linux无对齐数（即该成员的字节大小为对齐数）
为什么存在内存对齐？！

1. 平台原因(移植原因)： 不是所有的硬件平台都能访问任意地址上的任意数据的；某些硬件平台只能在某些地址处取某些特定类型的数据，否则抛出硬件异常。
2. 性能原因： 数据结构(尤其是栈)应该尽可能地在自然边界上对齐。 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。
   注:结构体的内存对齐是拿空间来换取时间的做法。

结论：既要满足对齐，又要节省空间——让占用空间小的成员尽量集中在一起。
例子

修改默认对齐数

#include<stdio.h>
//默认对齐数是8
//把默认对齐数改为2
#pragma pack(2)
struct S
{
	char c1;
	int i;
	char c2;
};
#pragma pack()
int main()
{
	struct S s = { 0 };
	printf("%d\\n", sizeof(s));
	return 0;
}

分析

结构体传参

struct S
{
	int data[1000];
	int num;
};
int main()
{
	struct S s = { {1,2,3,4},1000 };
	//结构体传参
	printf("%d\\n", s.num);
	//结构体地址传参
	struct S* ps = &s;
	printf("%d\\n", ps->num);
	return 0;
}

首选地址传参

原因：
函数传参的时候，参数是需要压栈，会有时间和空间上的系统开销。
如果传递一个结构体对象的时候，结构体过大，参数压栈的的系统开销比较大，所以会导致性能的下降。
结论： 结构体传参的时候，要传结构体的地址

结构体实现位段（位段的填充&可移植性）

什么是位段

1.位段的成员必须是 int、unsigned int 或signed int 或char。
2.位段的成员名后边有一个冒号和一个数字。
3.位段的声明和结构是类似的。

struct A
{
	int _a : 2;
	int _b : 5;
	int _c : 10;
	int _d : 30;

};
int main()
{
	printf("%d\\n", sizeof(struct A));
	return 0;
}

注：：冒号后+数字是占多少个比特位。

分析

struct A
{
	//4个字节-32bit
	int _a : 2;//成员占2个bit位
	int _b : 5;//成员占5个bit位
	int _c : 10;//成员占10个bit位
	//4个字节-32bit
	int _d : 30;//成员占30个bit位
};
int main()
{
	printf("%d\\n", sizeof(struct A));//4+4=8
	return 0;
}

位段的内存分配

1. 位段的成员可以是 int unsigned int signed int 或者是 char （属于整形家族）类型
2. 位段的空间上是按照需要以4个字节（ int ）或者1个字节（ char ）的方式来开辟的。
3. 位段涉及很多不确定因素，位段是不跨平台的，注重可移植的程序应该避免使用位段。

struct S 
{
	char a : 3;
	char b : 4;
	char c : 5;
	char d : 4;
};
int main()
{
	struct S s = { 0 };
	s.a = 10;
	s.b = 12;
	s.c = 3;
	s.d = 4;
	return 0;
}

分析

该分析只适用于VS

位段的跨平台问题

1. int 位段被当成有符号数还是无符号数是不确定的。
2. 位段中最大位的数目不能确定。（16位机器最大16，32位机器最大32，写成27，在16位机器会出问题。
3. 位段中的成员在内存中从左向右分配，还是从右向左分配标准尚未定义。
4. 当一个结构包含两个位段，第二个位段成员比较大，无法容纳于第一个位段剩余的位时，是舍弃剩余的位时，还是利用，这是不确定的。
   总结：
   跟结构相比，位段可以达到同样的效果，但是可以很好的节省空间，但是有跨平台的问题存在。

枚举

枚举类型的定义及使用

枚举就是一一列举
比如：
一周的星期一到星期日是有限的7天，可以一一列举。
月份有12个月，可以一一列举。
例子：

enum Color
{
	RED, 
	GREEN,
	BLUE
};
int main()
{
	enum Color c = BLUE;
	return 0;
}

要点：
{}中的内容是枚举类型的可能取值，也叫 枚举常量 。
这些可能取值都是有值的，默认从0开始，一次递增1，当然在定义的时候也可以赋初值。

枚举的优点

1. 增加代码的可读性和可维护性
2. 和#define定义的标识符比较枚举有类型检查，更加严谨。
3. 防止了命名污染（封装）
4. 便于调试
5. 使用方便，一次可以定义多个常量