结构体struct、联合体union、枚举类型enum

时间：2022-09-05 21:18:35

1.c语言中的类型

1）内置类型——char，short，int，float，double；

2）用户自定义类型（UDT）——struct结构体，union联合体，enum枚举类型

2.内存对齐

2.1概念

1）内存对齐就是编译器为程序中的每个“数据单元”安排在适当的位置上

2）对于内存对齐问题，主要存在于struct和union等复合结构在内存中的分布情况

2.2规则

1）对于结构的各个成员，第一个成员位于偏移为0的位置，以后的每个数据成员的偏移量 = min ( #pragma pack(n) 指定的n值, 这个数据成员的字节数 ) 的倍数，#pragma pack(n)可以设置， Windows中默认为8，Linux中默认为4；

2）结构或联合体本身也要进行对齐，其字节大小=min( #pragram pack(n) ,  长度最长的数据成员 )的倍数

struct MyStruct    //MyStruct的内存分布：*xxx | **** | **        （*代表使用，x代表未使用）
{
    char a;    //偏移量为0
    int b; //偏移量为4
    short c; //偏移量为8
};
//windows下MyStruct的字节大小为：1+4+2=7，变成4的倍数：12

2.3为什么要内存对齐

1）平台原因：不是所有的硬件平台都能访问任意地址上的任意数据，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）性能提升：经过内存对齐之后，CPU的内存访问速度大大提升，原因：

  • 内存读取粒度：cpu把内存当成是一块一块的，块的大小可以是2,4,8,16 个字节，因此CPU在读取内存的时候是一块一块进行读取的，块的大小称为（memory granularity）内存读取粒度
  • 假设CPU要读取一个4字节大小的数据到寄存器中（假设此CPU内存读取粒度是4），分两种情况讨论：
  1. 　数据从0字节开始：直接将0~3四个字节完全读取到寄存器，完成，这时候没有任何影响
  2. 　数据从1字节开始：首先先将0~3的4个字节读到寄存器，并再次读取4~7字节的数据进寄存器，接着把0、5、6、7的数据剔除，最后合并1,2,3,4字节的数据进寄存器，这些额外操作大大降低了CPU的性能

2.union联合体

2.1概念

1）联合体union类似于结构体struct（struct概念：不同类型数据的集合体）

2）联合体用同一段内存单元存放不同数据类型的成员，在使用时，一次只能使用其中的一个成员

3）它的所有成员相对于基地址的偏移量都为0

4）union的大小取决于它所有的成员中，占用空间最大的一个成员的大小，并且union的大小要能被其他成员的大小所整除

union U1
{
    char s[11];
};

union U2    //s占11字节，n占4字节，d占8字节，所以至少需11字节的空间，但11不能被8整除，所以补充字节到16
{
    int n;
    char s[11];
    double d;
};

int main()
{
    cout << sizeof(U1) << endl;        //输出：11
    cout << sizeof(U2) << endl;        //输出：16

    return 0;
}

2.2应用

1）当多个类型的变量要占用同一片内存时，可以使用联合体：检测当前机器是采用大端还是小端

2）当多个事物只取其一时（“n选1”），可以使用联合体：

试题：假设网络节点A和网络节点B中的通信协议涉及 四类报文，报文格式为“报文类型字段+报文内容的结构体”，四个报文内容的结构体类型分别为Struct1~ Struct4，请编写程序以最简单的方式组织一个统一的报文数据结构。
分析：
报文的格式为“报文类型+报文内容的结构体”，在真实的通信中，每次只能发四类报文中的一种，我们可以将四类报文的结构体组织为一个union（共享一段内存，但每次有效的只是一种），然后和报文类型字段统一组织成一个报文数据结构。 
//报文内容联合体
union PacketContent
{
    Struct1 pkt1;
    Struct2 pkt2;
    Struct3 pkt1;
    Struct4 pkt2;
};

//统一的报文结构
struct Packet
{
    unsigned char pktType;//报文类型
    PacketContent pktContent;//报文内容
};

4.enum枚举类型

4.1概念

1）枚举可以让一些数字符号化

2）c语言中枚举常量是按照int来处理

3）c语言的枚举变量可以++，c++的枚举变量不可以

4.2定义的格式

enum 枚举类型名 {枚举常量0=int常量(可无，默认值为0),枚举常量1=int常量(可无，默认值为1),枚举常量2,枚举常量3=int常量(可无，默认值为3),…};
enum Color { red, blue };
enum Color cfq;
cfq = red;
++cfq;    //c语言的枚举变量可以++
enum Color { red, orange, blue };
Color hehe;
hehe = red;
++hehe;    //错误，c++的枚举变量不可以++

 

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