构体类型有了初步的了解学习了结构体类型的创建以及如何创建结构体变量还有结构体成员操作符的使用现在我们将继续结构体相关知识的学习希望在在看完本篇后你将会有新的收获一起加油吧

1.1结构体回顾

在之前c语言常用操作符(2)中已经对结构体的声明进行了讲解那么现在我们简单的复习一下

struct

}variable-list;//变量列表例如创建一个描述学生的结构体

struct

//分号不能丢对结构体进行声明后就可以创建结构体变量并进行初始化了

struct

在结构体中如果我们在创建结构体类型时不给结构体加上名字那么这个结构体就是匿名结构体类型例如以下代码就两个都是是匿名结构体类型

struct

在以上代码中先是创建了一个匿名结构体类型并创建了两个变量之后又创建了一个结构体类型的指针后将结构体变量s1的地址传给指针p1这时就会存在问题了原因是但我们创建两个结构体类型虽然这两个结构体类型的成员都相同但当创建两个匿名结构体类型时编译器会默认这两个结构体的类型不相同所以这时将s1的地址传给指针p1会使得等号两边的变量类型不相同

注匿名的结构体类型如果没有对结构体类型重命名的话基本上只能使用⼀次

所以使用匿名结构体类型时基本上是只打算对该结构体类型使用一次之后不再使用

把12345叫做节点在节点中除了要存放数据外还要能有下一个节点的信息这时我们就可以认为一个节点是一个结构体那么各结构体能写成以下形式吗

struct

这时将结构体里面的一个成员为相同的结构体类型这时就存在一个问题当我们用sizeof求struct

每各节点中我们是要存放下一个节点的信息所以在节点中存放下一个结构体的地址也是符合要求的因此就可以在结构体里面存放一个结构体指针类型这时两个结构体类型不同就不会存在计算struct

struct

我们知道使用typedef可以将变量类型简单化如果在以下代码中将struct

Node重命名为Node那么结构体内的成员也可以简化为Node*

next吗

在想要学习计算结构体在内存当中的大小就需要学习一个重要的知识点结构体的内存对齐

2.1内存对齐规则

结构体的第一个成员对齐到和结构体变量起始位置偏移量为0的地址处

对齐数

结构体总大小为最大对齐数结构体中每个成员变量都有一个对齐数所有对齐数中最大的的

如果嵌套了结构体的情况嵌套的结构体成员对齐到自己的成员中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中成员的对齐数的整数倍

要理解以上的对齐规则首先要了解偏移量偏移的是什么其实偏移量就是相较于起始位置的字节偏移量

如果我们想知道s1中的各个成员变量的偏移量是多少这时就可以用到一个宏offsetof是c语言提供给我们的宏作用是计算结构体成员相较结构体变量起始位置的偏移量

这时我们打开c官网查看offsetof

注使用offsetof需要引用头文件#includestddef.h

#includestdio.h

这时运行程序就可以得到c1c2n相较起始位置的偏移量分别为014​

#includestdio.h

s2大小为9个字节这就与以上运行程序计算出的12不相同了这是为什么呢

结构体的第一个成员对齐到和结构体变量起始位置偏移量为0的地址处

对齐数

结构体总大小为最大对齐数结构体中每个成员变量都有一个对齐数所有对齐数中最大的的整数倍。

如果嵌套了结构体的情况嵌套的结构体成员对齐到自己的成员中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中成员的对齐数的整数倍

s2中一开始第一个成员c1的大小为1比vs默认偏移数8小所以偏移数就是1c1大小为1

第二个成员n的大小为4比vs默认偏移数8小所以偏移数就是4所以n从第五个字节开始n大小为4字节

第三个成员c2的大小为1比vs默认偏移数8小所以偏移数就是1所以n从第九个字节开始c2大小为1字节

在此还未结束因为结构体总大小为最大对齐数结构体中每个成员变量都有一个对齐数所有对齐数中最大的的整数倍该结构体struct

s2最大对齐数为4所以结构体大小必须是4的整数倍以上的9字节不是4的整数倍所以struct

s2大小为12字节

x的大小为8个字节偏移量为0c的大小为1个字节偏移量为9n大小为4字节偏移量为12以上结构体大小为16字节满足结构体总大小为最大对齐数的整数倍

程序输出结果与分析结果相同

S4中c1的大小为1个字节偏移量为0因为在以上已经求出了struct

S3的大小为16字节我们需要再了解一个规律如果嵌套了结构体的情况嵌套的结构体成员对齐到自己的成员中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中成员的对齐数的整数倍所以

s3偏移量为8大小为16字节d的大小为8个字节偏移量为24最终结构体struct

S4大小就为32个字节符合结构体的整体大小就是所有最大对齐数含嵌套结构体中成员的对齐数的整数倍

2.2

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⻬的内存处理器需要作两次内存访问⽽对⻬的内存访问仅需要⼀次访问。

假设⼀个处理器总是从内存中取8个字节则地址必须是8的倍数。

如果我们能保证将所有的double类型的数据的地址都对齐成8的倍数那么就可以用⼀个内存操作来读或者写值了。

否则我们可能需要执行两次内存访问因为对象可能被分放在两个8字节内存块中。

S中如果机器每次内存读取4个字节在未对齐情况下就要读取两次而在对齐的情况下就只要读取一次

struct

例如在以上两个结构体中成员都一样s1将占空间小的成员集中在了一起就使得结构体所占空间小了一些

2.3

在以上的学习中我们知道了VS的默认对齐数是8那么有什么办法可以修改默认对齐数呢

#includestdio.h

使用了#pragma后默认对齐数就被修改为了2这时以上结构体struct

3.结构体传参

s.data[i]);}printf(\n);printf(%d\n,

s.num);

ps-data[i]);}printf(\n);printf(%d\n,

ps-num);

我们知道在函数传参存在传值调用与传址调用在结构体传参当中也是存在这两种方式的以上代码中print1就是使用了传值调用而print是使用了传址调用

两种方式都能找到结构体变量s以及其成员但在结构体传参时一般是使用传址调用原因是使用传址调用不用再开辟一块内存空间新创建的指针就指向了原来的那块内存空间而使用传值调用时需要再创建一块新的内存空间如果这个结构体像以上struct

S一样所占内存空间很大的话再创建新的内存就很浪费内存还有函数传参的时候参数是需要压栈会有时间和空间上的系统开销。

结构体实现位段

在此结构体中如果成员a知道自存0~3的整数就可以在a后加上位段2这也就表示a成员只占2比特位而用来a变量位int类型是占32个比特位位段后就节省了许多空间同理b,c,d也分别加上位段51030

struct

那么为什么使用位段后以上结构体大小为8字节呢这时我们就要学习位段的内存分配

int

位段涉及很多不确定因素位段是不跨平台的注重可移植的程序应该避免使用位段。

struct

这时我们知道成员a所占大小为3比特位类型为char大小为8比特位这时就存在一个问题在给了成员变量后在空间内部是从左向右使用还是从右向左使用这时假设是从右向左使用这时又存在一个问题了当剩下空间不满足存放下一个成员时候空间是浪费还是使用呢这里假设是浪费

这时我们创建一个struct

存放入成员变量a的数是10二进制表示形式是1010但成员a空间大小只有3比特位所以存入是010

存放入成员变量b的数是12二进制表示形式是1100所以存入是1100

存放入成员变量c的数是3二进制表示形式是11所以存入是00011

存放入成员变量d的数是4二进制表示形式是100所以存入是0100

这时用16进制表示内存当中就为62

位段中最大位的数目不能确定。

16位机器最大1632位机器最大32写成27在16位机器会出问题。

位段中的成员在内存中从左向右分配还是从右向左分配标准尚未定义。

当⼀个结构包含两个位段第⼆个位段成员比较大无法容纳于第⼀个位段剩余的位时是舍弃剩余的位还是利用这是不确定的。

跟结构相比位段可以达到同样的效果并且可以很好的节省空间但是有跨平台的问题存在。

4.4

位段的几个成员共有同⼀个字节这样有些成员的起始位置并不是某个字节的起始位置那么这些位置处是没有地址的。

内存中每个字节分配⼀个地址⼀个字节内部的bit位是没有地址的。

所以不能对位段的成员使用操作符这样就不能使用scanf直接给位段的成员输⼊值只能是先输⼊放在⼀个变量中然后赋值给位段的成员。

struct

下图是⽹络协议中IP数据报的格式我们可以看到其中很多的属性只需要几个bit位就能描述这⾥使用位段能够实现想要的效果也节省了空间这样⽹络传输的数据报大小也会较小⼀些对⽹络的畅通是有帮助的。