一、结构体
1、结构体的声明
结构基础知识
结构是一些值的集合,这些值被称为成员变量,结构的每个成员可以是不同类型的变量。
结构体的声明
实例:
b1,b2,b3,b4,b5,b6,都是结构体变量
特殊的声明
1、匿名结构体类型
声明结构的时候,不完全声明
上面两个结构体在声明的时候省略掉了结构体标签(tag)
那么问题来了?
警告:编译器会把上面的两个声明当做完全不同的两个类型,所以是非法的。
2、结构体的自引用
在结构体中包含一个类型为该结构体本身的成员,是否可以呢?
如果可行,那么sizeof(struct N)是多少?
答案:这样是不可行的,字节会无限大
正确的自引用方式:
不是包含同类型的结构体变量,而是包含同类型的结构体指针
提出下一个问题:
答案:不可以!Node 和 Node* 之间存在定义顺序的问题
3、结构体变量的定义和初始化
有了结构体类型,那如何定义变量? 很简单!
有两种方式:
1、在声明结构体类型的时候定义变量
2、在创建好结构体后,再定义变量
怎么初始化呢?
定义变量的时候同时赋初值(和数组一样,使用{}包含内容)
同时,结构体发生嵌套时,需要进行嵌套初始化
4、结构体变量的访问
两种方式:
1、(.)操作符,通过结构体变量访问成员
2、(->)操作符,通过结构体指针访问成员
实例:
5、结构体内存对齐
现在我们深入讨论一个问题:计算结构体的大小
这也是一个特别热门的考点:结构体内存对齐
在此之前,我们先做一个练习:
按我们的理解,应该是字节数为6才对,但这里是12,这说明结构体的字节计算不简单!
考点 如何计算?首先需要掌握结构体的对齐规则
1、第一个成员在与结构体变量偏移量为0的地址出。
2、其他成员变量需要对其到某个数字(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
vs中默认值为8
linux中没有默认对齐数的概念
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(含嵌套结构体的的对齐数)的整数倍
为什么存在内存对齐?
大部分的参考资料都是如此说的:
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的任意数据的;某些硬件平台只能在某些地址处去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)应该尽可能的在自然边界上对齐。原因在于,为了访问未对齐的内存,处理齐需要做两次内存的访问;而对齐的内存访问仅需要一次
总得来说:
结构体的内存对齐是拿空间来换取时间的做法
那在设计结构体的时候,我们既要满足对齐,又要节省空间,如何做到?
让占用空间小的成员尽量集中在一起
修改默认对齐数
之前我们又提及 #pragma 这个预处理指令,这里我们用来,改变我们的默认对齐数
格式:
#pragma pack() //取消设置默认对齐数,还原为默认
原本的默认最大对齐数为8,上述结构体的字节数为12,此时更改为2后,结构体的字节数为8。
结论:结构体在对齐方式不合适的时候,我们可以自己更改默认对齐数
6、结构体传参
同样,结构体传参也有两种方式:
1、传结构体
2、传地址
对于结构体,通常情况下,我们选择传地址的方式!
原因:
1、函数传参时,参数是需要压栈的,会有时间和空间上的系统开销。
2、如果传递一个结构体对象时,结构体过大,参数压栈的系统开销比较大,所以会导致性能的下降。
7、位段
结构体讲完,就得讲讲结构体实现位段的能力(位段依附于结构体)
什么是位段?
位段的声明和结构体是类似的,有两个不同:
1、位段的成员必须是 int,unsigned int ,signed int 或者char类型
2、位段的成员名后面有一个冒号和一个数字
比如:
A就是一个位段类型
那位段A的大小是多少?
显示8个字节?冒号后面的数字代表什么含义呢?
此外,数字的最大值为32bit(int)或8bit(char),不能超过4个字节或1个字节
数字的含义清楚了,但好像也不对,看来还需要更深入的探究!!!
位段的内存分配
1、位段的成员可以是 int,unsigned int,signed int 或者char(属于整型家族)类型
2、位段的空间上时按照需要以4个字节(int)或一个字节(char)的方式来开辟的
3、位段设计很多不确定的因素。位段时不跨平台的,注意可移植程序需要避免使用位段
位段存在的意义
根据自己实际的需求,分配内存块的大小,一定程度上帮助节省空间
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,如果写成27,在16位机器中会出问题)
3、位段中的成员在内存上时从左向右分配,还是从右向左分配标准尚未定义
注:在vs下,是从左向右分配
4、当一个结构体包含两个位段,第二个位段的成员比较大,无法容纳第一个位段剩余位时,是舍弃还是利用是不确定的。
总结:
跟结构体相比,位段可以达到同样的效果,但是可以很好的节省空间,但有跨平台的问题存在。
位段的应用
二、枚举
枚举顾名思义就是一一列举
把可能的取值一一列举
比如我们现实生活中:
1、一周的星期一到星期日是有限的7天,可以一一列举
2、性别有:男,女,保密,也可以一一列举
3、月份有十二个月,也可以一一列举
这里就可以使用枚举了
1、枚举类型的定义:
以上定义的enum Day就是一个枚举类型,{}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,如:
2、与结构体的区别:
3、枚举的优点
为什么使用枚举?
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
枚举的使用
只能拿枚举常量给枚举变量赋值,才不会出现类型差异,不可写为
clr = 5;
三、联合(共用体)
1、联合类型的定义
联合也是一种特殊的自定义类型,这种类型定义的变量也包含一系列的成员,特征是这些成员公用同一块空间(所以联合体也称为共用体)
联合体的声明
联合体变量的定义:
union Un u;计算联合变量的大小
2、联合体的特点
联合的成员公用一块内存空间,这样一个联合体变量的大小,至少是最大成员的大小(至少需要有能力保存最大的那个成员)
面试题
判断当前计算机的大小端
3、联合大小的计算
1、联合的大小至少是,但不一定是最大成员的大小,
2、当前最大成员的大小不是最大对齐数的整数倍时,就要对齐到最大对齐数的整数倍
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