鹏哥C语言复习—

结构体声明：

结构体内存存储相关介绍：

结构体的初始化与使用：

结构体的初始化：

结构体的使用：

结构体对齐：

结构体对齐原则解释：

结构体对齐存在的原因：

#pragma pack( )：

offsetof讲解：

位段：

什么是位段？

位段的注意事项：

位段跨平台问题：

位段的实际运用：

枚举：

枚举的优点：

联合（共用体）

联合体判断大小端存储：

结构是一些值的集合，这些值成为成员变量。结构的每个成员可以是不同类型的变量。

结构体声明：

假设要用结构体描述一个人

struct Peo //Peo为结构体名字，是由自己来取的
{char name[20]; //名字char tele[12]; //电话号码char sex[5]; //性别int high; //身高
};

如名字、电话号码等就称之为结构的成员变量。并且结构的成员可以是标量、数组、指针，甚至是其他结构体。

当我们需要创建四个人，p1、p2、p3和p4，那我们应该如何创建呢？

struct Peo 
{char name[20]; char tele[12];char sex[5]; int high; 
}p1,p2;int main()
{……;struct Peo p3,p4;return 0;
}

上述代码中跟在结构类型创建后的2个变量，是作为全局变量而存在；在mian( )函数中创建的则是作为局部临时变量而存在。

结构体内存存储相关介绍：

结构类型创建后并不会占用内存空间，它只是作为一种类型而存在；而像上述代码中的p1、p2等变量会在内存中开辟一个空间进行存放，是作为一种变量存在

类比记忆：

结构类型是房屋建造的图纸，而结构体变量是实实在在存在的房子

结构体的初始化与使用：

笔者在此先创建了以下两个结构类型，第二个结构类型存在了结构体嵌套的现象

struct Peo 
{char name[20]; char tele[12];char sex[5]; int high; 
}struct St
(struct Peo p;int num;float f;
};

结构体的初始化：

int main()
{……;struct Peo p1 = {"zhangsan", "15596668862", "男", 181};struct St p2 = { {"lisi", "15596668888", "女", 168},100,3.14f};return 0;
}

结构体的使用：

如果需要使用上述代码中 zhangsan 这个名字，则需要 p1.name；如果需要使用 lisi这个名字，则需要 p2.p.name 。类似于数组下标，就是对结构体元素的指向。

而对于结构体的使用，共有两种方式来表示，其一为上述的结构体变量.成员变量、结构体指针->成员变量。

函数传参时，参数是需要压栈的

如果传参一个结构体对象的时候，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；同时，因为传参以后，函数需要创建形式参数，所以在传参以后，如果结构体过大，实参字节大小过大，形参内存占用也同样会比较多，这也就致使了内存空间的浪费。

而传参时如果传的是结构体指针，它是指向一个结构体整体的指针，只有4或8字节（不同环境下编译运行的区别），相较于结构体变量，大大节省了空间。

综上所述，结构体传参的时候，要传结构体的地址。

而我们在声明结构体的时候，可以不完全的声明。

比如：

struct
{int a;char b;float c;
}x;struct
{int a;char b;float c;
}a[20],*p;

上面的两个结构在声明的时候省略掉了结构体标签，而对于这种匿名结构体类型，会有以下两种问题：

1.结构体类型声明完以后，结构体变量只能在一处创建，即在结构体类型声明后创建

2.对于 p = &x ，编译器会把上面的两个声明当成完全不同的两个类型，所以是非法的

结构体对齐：

而在结构体的使用中，我们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

例如Visual studio中默认的值为8

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

5.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

6.数组可以看成某些个单个变量的集合，拆分开来，不难发现数组的对齐数就是它的类型对齐数

7.假设偏移量为0的地址处为0x0012ff40，那么偏移量为1的地址处为0x0012ff41

结构体对齐原则解释：

struct S2
{char c1;int i;char c2;
}s2;
//于vscode2022中进行的

如上述代码，c1作为字符型变量，占用1字节，vscode的默认对齐数为8，1字节小于8字节，因此对齐数为1；同理 i 应该对齐数为4，c2对齐数为1

注：蓝色地址存放的是c2，绿色地址存放的是i

在结构体存放时，除第一个成员变量以外，其余的成员变量要对齐到自身对齐数的整数倍处；例如，i的对齐数为4，那么就需要存放在4、8、12、4n(n >= 4, n $eq?%5Cin$ Z) 位置处，两变量之间余留的直接舍去

而首成员变量存放的偏移为0的位置处可以看成是任何数的0倍。

同时，该结构体的最大对齐数为4，即i的对齐数，所以偏移量8可以作为结构体的整体大小，那么该结构大小为9字节

struct S3
{char c1;struct S2 s2  //其中的最大对齐数为4char c2;
};

对于上述代码，笔者在刚刚已经介绍过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；因此就是从偏移量为4位置处开始存放，存放到偏移量12处，再存放一个c2，整体大小为4的倍数，结果为17字节

结构体对齐存在的原因：

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。

总而言之，

结构体的内存对齐就是拿空间来换取时间的做法

因此我们在设计结构体的时候，如果要既做到对齐，又要节省空间，就应该

让占用空间小的成员尽量集中在一起

#pragma pack( )：

作用是调整默认对齐数，例如#pragama pack(1)就是在说默认对齐数为1

offsetof讲解：

offsetof是用来看某结构体成员变量的存放偏移量的

例：

还是以上述代码为例，offsetof(struct s2, c2)结果为8，因其偏移量为8；offsetof(struct s2, i)结果为4，因其偏移量为4

位段：

什么是位段？

上述代码当中，整型变量应该为4字节，即32比特；而_a: 2就是将a这个变量变成2比特

有时候，我们不需要某个变量占用很大空间（例如某个变量只会是0或1），但是直接开辟必定会占用32比特，这种情况下我们就需要使用位段

而上述代码中是以整型大小为标准来开辟空间的因此先开辟了32比特，然后存放了 2＋5＋10＝17 以后，再存放30超过了32比特；因此又开辟了32比特的内存空间，存放30比特的数据

在上述代码中，先是开辟了8比特，存放7比特内容；然后又开辟了8比特，存放5比特内容；最后开辟了8比特，存放4比特内容；因此总共开辟了3字节

而对究竟体现出来是几，编译器是根据16进制来判断的，并且以2进制存入数据，每个数据占多少比特已经规定好了，计算时将四个比特位划分成一份来计算；如上图，编译器是从左往右来计算，从右往左来存放；先是a为10，二进制为1010，有3个比特位来存放，因此存入内存以后为010；b为12，存入1100，剩余1比特舍弃；c为3，存入011，剩下空间的直接舍弃；d为4，与上同理

计算时，以四个比特位为一份，先是第一个字节，结果是 2^2 + 2^1 ＝ 6，2^1 ＝ 2；以此类推，结果为62 03 04

位段的注意事项：

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.位段上的空间是按照需要以4个字节（int）或1个字节（char）的方式来开辟的

3.在使用位段时，最好只创建一种变量的位段

4.位段所改变的大小必须 ≤ 其类型本身，例如整型数据最多可以设置其为32比特

5.位段涉及很多不确定因素，位段是不垮平台的，注意需要移植的程序应该避免使用位段

位段跨平台问题：

1.int位段被当成有符号数还是无符号数是不确定的

2.位段中的最大位数目不确定（整型数据在16位机器中最大为16比特；而在32位机器中为32比特）

3.位段中的成员在内存中从左往右分配还是从右往左分配尚未定义

4.当一个结构包含两个位段，第二个位段成员较大，无法容纳于第一个位段剩余的位时，是舍弃剩余的还是继续利用，这是不确定的

位段的实际运用：

例如网络传输，一个数据从我这传到别人电脑里是需要通过复杂的网络传输的，如下图所示

在这一过程中，所需要的比特大小各不相同；因此需要位段来控制大小，加快传输速度

枚举：

形如上述代码即为枚举，笔者在此枚举了星期，分别是星期一至星期日

enum Day 作为自定义类型存在，因此可以看成一种数据类型，创建变量时也是

数据类型变量名称 = 某成员变量

如上代码，周一到周三打印出来分别为 0、1、2；这表明了枚举中的成员是从0开始往后延续；若我们想让星期一打印出来是1，我们可以进行如下操作

这时，打印结果如下

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.防止命名污染（封装）

4.便于调试

5.使用方便，一次可以定义多个变量

＃define M 100

int i = M

如上代码，机器在编译时会变成100，M消失了；然而通过枚举的方法，定义的成员变量本身不会消失

联合（共用体）：

联合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，而这些成员共用内存中的同一块空间（因此也叫共用体）

如上述代码，如果我们要打印两个变量的地址以及整个联合体的大小

最后的结果为

原因解释：

在上述代码中，先是存放了整型变量a，共4字节；然后存放了字符型变量c，1字节，和已经开辟好的4字节共用同一个空间；因此上述代码中a、c的地址为同一个，同时联合体大小为4

注：联合的成员是共用同一块空间的，这样一个联合变量的大小，至少是最大成员的大小（因为联合至少得有能力储存最大的那个成员）

联合体判断大小端存储：

在讲解大小端以前，我们先要了解好大小端的概念

假设存在一个整型变量a，且 a = 1，那么他存放在内存空间中即为0x 00 00 00 01

如果是

01 00 00 00 //由低位到高位

即为小端

如果是

00 00 00 01 //由低位到高位

即为大端

可以通过上述代码来判断计算机存储是大端还是小端

check_sys( )函数共有以下两种实现方式：

1.强制转换方法

int a = 1;

return *(char*)&a; //先将a的地址取出，即01 00 00 00 或者 00 00 00 01

//然后判断最开始的两位，所以应该是1字节的元素，即char型，因此

//将a变量强制转换成char*，现在是 01 或 00，那么返回该地址数据

//结果为 0 或 1

2.联合体方法

union Un

{

char c; //先是 01 00 00 00，然后取出 01

int i;

}u;

u.i = 1;

return u.c;

}