C语言基础六（结构体以及一些宏定义）

结构体

结构体声明时，成员大小必须确定，因此不能有未定义大小的数据类型作为成员，同样也不能用函数作为结构体成员。
但是，每个系统指针类型的大小是确定的，所以可以以结构体指针或者函数指针作为结构体成员。

结构体字节对齐

结构体变量本身从4字节对齐的位置开始存放。
整个结构体所占空间还要是成员中‘占字节最大的基本数据类型’的整数倍，不够的在末尾补齐。
short类型从地址是2的倍数处开始存储，int类型从地址是4的倍数处开始存储，double类型从地址是8的倍数处开始存储，空出来的部分内存由编译器填充。

struct da
{
double a;
char b;
};                  
struct data //24字节 ，内部结构体对齐规则会影响外部结构体
{
struct da d; //16字节
int e;      //8字节
};

struct da
{
int a;
int g;
char b;
};
struct data //24字节，外部结构体对齐规则不会影响内部结构体
{
struct da d; //12字节
char e;  //4字节
double f; //8字节
};

柔性数组

在结构体内的一个数组，必须是结构体最后的一个元素，除了这个数组，结构体还必须至少有一个成员
特定形式：a[ ]或a[0]。并且这个数组不占空间，只是一个符号(代表一个常量地址)。
一般情况下，结构体内会有一个成员专门表示柔性数组的元素个数。

typedef struct
{
int len;
int arr[];
}S;

对齐指令

#pragma pack(n) //（1、2、4、8、.....）
#pragma pack()

这两个配合使用，表示一个区间，只有这个区间内的结构体按照n字节对齐。
设置为1，就是不对齐
如果n设置的小，充分利用内存空间，牺牲了速度，降低了访问效率。
如果n设置的大，提高效率、性能，牺牲了内存空间。
用这个指令指定的对齐方式和结构体自身默认对齐方式，俩者取最小的。

位字段

专用于结构体，有时侯，结构体成员表示的数据很小，就用几个位来表示。
结构体成员的类型必须是 int 或者 unsigned int，单个成员大小不能超过一个int大小(32位)
注意：字段不可取地址，因为地址最小单位为字节。

struct data
{
unsigned a : 1;  // 1就是一个bit，范围：0～1,超出表示范围时，自动截取低位
unsigned b : 2;  // 2就是er个bit，范围：0～3
unsigned c : 2; // 2bit
}s, *p = &s;
//一个字段 32位 就是一个int
struct data1
{
unsigned a : 1;     
int : 12;           // 无名字段，不可访问，只是占位
int : 0;            // 0字段，不可访问，只是占位 整个字剩下的位，全部写0
unsigned b : 2;     
}s1;

//位字段：下一个字段不够在剩余的bit存放时，必须另起一个字。字段不能跨字。
struct data3 //占2个int
{
int a : 2;
int b : 32;
}s2;

typeof() 关键字

专门用于获得类型，（）里可以放变量名，或者表达式

int *p;
typeof(p) a; //相当于 int *a
typeof(*p) b; //相当于 int a

检查系统错误的宏

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
//perror()检查系统错误.一旦发生了，系统错误就会产生一个错误数字(errno)，对应相应的错误字符串。
//标准C定义了两个宏 EXIT_SUCCESS 0和 EXIT_FAILURE 1或-1，可以作为exit()的参数，来分别指示是否为成功退出。
//exit(参数)传递给的是父进程，或者shell终端

#define handle_error(msg) do{perror(msg); exit(EXIT_FAILURE);}while(0)
//用do{}while(0),是为了宏定义多条语句，并可以匹配到使用宏定义时后面的分号

int main(void)
{
//文件描述符，没有负数
int fd = -1;        
int ret = close(fd);
    if (-1 == ret)
        handle_error("file error!");

寄存器

编译器在计算表达式时，只要没有赋值运算或者指向运算，就只会在cpu和寄存器之间进行计算，并不会对内存操作。

unsigned short a = 0x1234;      
unsigned char * p1 = (unsigned char *)&a, i = 8;

printf("sizeof(*p1 << i) = %d.\n", sizeof(*p1 << i)); //结果为4
printf("0x%x.\n", *p1 << i); //输出为3400，被暂时存放在一个4字节寄存器中，等待下一步计算
printf("0x%x.\n", *(p1+1)); //输出为12,12的值并没有被34覆盖
printf("0x%x.\n", *p1 <<= i); //输出为0,将寄存器中的最低位赋值给p1所指向的空间

关于结构体的两个内核宏

linux内核里的两个宏：在驱动应用中很广泛。
off_set_of(type, member) 计算结构体内元素的偏移量
containe_of(ptr, type, member) ptr是结构体里成员的指针，这个宏计算出结构体的首地址
包含两句代码(表达式)，必须要加{}.
这两个宏：内核双链表。

#define off_set_of(type, member) ((int)&(((type *)0)->member))
//得到成员相对于结构体首地址的偏移字节大小
//将0地址开始的这段空间强制转化为结构体类型，这时(type *)0是指向这个结构体首地址的指针，
//指向member成员时，再取地址，&(((type *)0)->member))表示的是member成员的地址值。
//member成员的地址值减去结构体首地址值，就是成员地址的偏移量，结构体首地址为0.
//此时得到的差值再强制类型转换为一个int型数据，64位为long int型
//因为没有赋值和指向运算，所以不对内存操作，也就不会出现非法内存访问， 或者说 段错误。

#define container_of(ptr, type, member) ({typeof(((type *)0)->member) *_mptr = ptr; \
                                        (type *)((char *)_mptr-off_set_of(type, member));})
//通过成员的指针得到该成员所在结构体的首地址
//1、typeof()得到结构体成员变量的类型 2、指针赋值,得到真实成员变量的地址值
//3、减去该成员偏移量得到一个数字，该数字和结构体本身首地址在数值上一样
//4、最后强制类型转换为结构体指针类型

网络结构体

#include <netinet/in.h>

struct in_addr
 {
    in_addr_t s_addr;
 };

/* Structure describing an Internet socket address. */
struct sockaddr_in
  {
    __SOCKADDR_COMMON (sin_);           /* AF_INET IPv4 Internet protocols 指定网络地址类型*/ 
    in_port_t sin_port;                 /* Port number. 端口号 16位无符号short */
struct in_addr sin_addr;            /* Internet address. 具体的网址32位无符号int*/

/* Pad to size of `struct sockaddr'. */ 
//这些空间，可能是系统固定配置，不能改变，只需要留出足够的空间即可，也有可能是预留出的空间，以便日后扩充。
unsigned char sin_zero[sizeof (struct sockaddr) -
               __SOCKADDR_COMMON_SIZE -
sizeof (in_port_t) -
sizeof (struct in_addr)];
  };

网络结构体赋值

//htons()和inet_addr()函数都是库函数，用来将本地地址和端口号转换为网络地址和端口号，
//网络上数据一般是大端存储
//大端序（Big Endian）：高位字节存放到低位地址（高位字节在前）。
//小端序（Little Endian）：高位字节存放到高位地址（低位字节在前）
void set_net_struct(struct sockaddr_in *p)
{
        p->sin_family = AF_INET;
        p->sin_port = htons(PORT);
        p->sin_addr.s_addr = inet_addr(ADDR);
｝

枚举类型enum

枚举：定义的是常量符号，相当于宏定义常数的一个集合

enum  fangxiang   // 标识符
{
    EAST,         //成员大写,用逗号隔开 
    WEST = 99,
    SAUTH,
    NORTH = 100,
}E;

默认定义的常数从0开始，EAST = 0，可以设置成员所代表的数值，
设置数值的成员，下一个成员数值等于上一个成员+1。
可以用于状态机密码锁。

typedef enum STATE
{
        STATE1,
        STATE2,
        STATE3,
        STATE4,
        STATE5,
        STATE6,
        STATE7,
}S;

int main(void)
{
int num = 0;
//1、密码锁初始状态
        S current_state = STATE1;
// 输入密码，进行解锁
printf("输入一个密码数字：");
while (1)
        {
scanf("%d", &num);
printf("num = %d.\n", num);
//解锁子开始
switch (current_state)
                {
case STATE1:
if (num == 9)
                            current_state = STATE2; // 用户每输对一次，进入下一状态
else
                            current_state = STATE1;
break;  
case STATE2:
if (num == 5)
                            current_state = STATE3;  // 用户每输对一次，进入下一状态
else
                            current_state = STATE1;
break;  
case STATE3:
if (num == 2)
                            current_state = STATE4; // 用户每输对一次，进入下一状态
else
                            current_state = STATE1;
break;                  
default:
                        current_state = STATE1;
break;      
                }
if (current_state == STATE4)
                {
printf("开了锁，请进!.\n");
return 0;
                }
if (current_state == STATE1)
printf("初始状态.\n");
        }
return 0;
}

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