异质的数据结构

Posted 2021-03-26 louisekou666

一. 结构（struct）

struct声明创建一个数据类型，可能将不同类型的对象聚合到一个对象中。

编译器维护关于每个结构类型的信息，指示每个字段的字节偏移。利用这些偏移作为内存引用指令中的位移，从而产生对结构元素的引用。

结构的各个字段的选取完全是编译时处理的，机器代码不包含关于字段声明或含字段名字的信息。

结构可以嵌套结构，就像数组可以嵌套在结构中，数组可以嵌套在数组中。

struct prob{
    int *p;
    struct{
        int x;
        int y;
    }s;
    struct prob *next;
}

字段偏移量：p：0　　s.x：8　　s.y：12　　next：16

 

二. 联合（union）

用不同的字段来引用相同的内存块，以多种类型来引用同一个对象

与Union语法相同，但语义完全不同

应用：事先知道对一个数据结构中的两个不同字段的使用是互斥的，便可以将这两个字段声明为联合的一部分。

例如：

实现一个二叉树的数据结构，满足：

每个叶子节点都有两个double类型的数据值

每个内部节点都有指向两个孩子节点的指针，但没有数据

可以按如下方式声明一个节点

union node_u{
    struct{
        union node_u *left;
        union node_u *right;
    } internal;
    double data[2];
}; // 16bytes

缺点：没有办法确定给定节点是叶子结点还是节点

改进：

引入枚举类型，定义联合中的不同选择，然后再创建一个结构，包含一个标签字段和这个联合

typedef num{N_LEAF, N_INTERNAL} nodetype_t;
struct node_t{
    nodetype_t type;
    union{
        struct{
            struct node_t* left;
            struct node_t* right;
        }internal;
        double data[2];
    }info;
}; // 24bytes

对于字段较少的代码，如上例中只有2个字段，相对于给代码造成的复杂性，使用联合带来的节省是很少的。

对于有较多字段的数据结构，联合带来的节省会更吸引人。

注意：字节顺序问题

 

三. 数据对齐

对齐原则：任何K字节的基本对象的地址必须是K的倍数

假设一个处理器总是从内存中取8个字节，那地址必须为8的倍数

好处：简化处理器和内存之间接口的硬件设计，提高内存系统的性能

确保每种数据类型按照指定方式来组织和分配，每种数据类型的对象都满足。