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在本篇博客#xff0c;我将介绍结构体类型#xff0c;结构体变量的创建和初始化#xff0c;重点介绍结构中存在的内存对齐。 结构变量
结构是一些值的集合#xff0c;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。
在理解结构的时候#xff0c;我们…前言
在本篇博客我将介绍结构体类型结构体变量的创建和初始化重点介绍结构中存在的内存对齐。 结构变量
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。
在理解结构的时候我们可以结合我们此前学过的数组的概念去对比着理解。 数组 结构 一些值的集合 一些值的集合 1个或多个值 1个或多个值 值的类型是相同的 值的类型可以不同 而且为了数组元素我们需要指明元素的位置下标而选择指定的结构成员我们是指明成员名字而非位置。 结构变量的创建
当我们需要存储彼此相关、类型不同的信息数据时结构是一种很好的选择。
假如我们现在记录一本书的相关信息涉及到书名、作者名、价格、书号id这就是一个声明结构体变量的例子
#includestdio.h
struct Book
{char book_name[20];char author[20];float price;char id[19];
}b3,b4;//可以在创建这个结构时直接创建变量//此时的b3、b4会作为全局变量int main()
{struct Book b1;//在main函数中创建局部结构变量struct Book b2;
}
对结构声明的形式进行概括是这样的
struct tag//struct是结构体关键字tag是标识符
{member - list;//成员列表
}variable-list;//变量列表
结构声明的括号后一定要记得加分号。 结构变量的初始化
我们可以在上面的代码基础上对4个结构变量初始化
#includestdio.h
struct Book
{char book_name[20];char author[20];float price;char id[19];
}b3 { Call me by your name,Andre Acimen,29.1f,9787513598255 },
b4 {Matilda,Roald Dahl,18.0f,9787533259532};int main()
{struct Book b1 {Flipped,Wendelin Van Draanen,16.99f,9780375911743};struct Book b2 {The Kite Runner,Khaled Hosseini,29.0f,9787208061644};
}
其实我们还可以不按照结构声明时成员的顺序来初始化只要我们用.来初始化
struct Book
{char book_name[20];char author[20];float price;char id[19];
}b3 { .authorAndre Acimen,.book_name Call me by your name,.id9787513598255,.price 29.1f },
b4 {Matilda,Roald Dahl,18.0f,9787533259532};
可以看到我们将b3的初始化顺序进行了调整。 结构体的特殊声明
其实在声明结构时我们可以不完全声明
struct
{char c;int i;double d;
}s1;
观察这个声明可以发现我们没有了tag也就是类型的名字。所以这也叫匿名结构体类型。
但这样写用这个结构进行变量的声明就变成了一次性的。 现在为了更详细地体现这种写法的特性请看下面这段代码
struct
{char c;int i;double d;
}s1;struct
{char c;int i;double d;
}*ps;int main()
{ps s1;return 0;
}
什么意思呢
我们创造了一个结构类型又用相同的成员创造了一个指针变量ps所以ps指向一个与前面创造的匿名类型相同的结构体变量既然是一模一样的结构类型在main函数中我们想让ps指向s1这是可以的吗看似很合理。
但是这是不允许的。因为编译器会认为最初声明的这个匿名结构与后面用来创建ps的结构不是同一个结构类型所以不能赋值。这就是匿名结构声明的一个特点。 结构体内存对齐
这是关于结构体一个很重要的知识需要运用的场景往往是计算结构体大小时。
结构体有大小吗有的但并不是每个成员类型的大小相加这么简单。
struct S1
{char c1;//1字节char c2;//1字节int n;//4字节
};
struct S2
{char c1;//1字节int n;//4字节char c2;//1字节
};
int main()
{printf(%zd\n, sizeof(struct S1));printf(%zd\n, sizeof(struct S2));return 0;
}
打印结果 可以看到结构体S1和S2中的成员大小的和都为6字节而S1大小为8字节S2大小为12字节。
这是为什么呢
这是因为结构体在内存中是存在对齐现象的。
在讲解什么是对齐现象前我们先来讲一个概念偏移量。
偏移量Offset在C语言中通常指的是结构体struct或联合体union内成员的位置。在结构体中第一个成员的偏移量总是0。 空格里代表的就是偏移量
我们有一个宏offsetof(type,member)可以计算结构成员相较于结构体变量起始位置的偏移量。 type就是要计算的结构member是结构体成员名。
使用它需要一个头文件#includestddef.h。
那么我们现在就用它来计算一下S1中各个成员的偏移量吧
#includestdio.h
#includestddef.hstruct S1
{char c1;char c2;int n;
};
struct S2
{char c1;int n;char c2;
};
int main()
{struct S1 s1 { 0 };printf(%zd\n, offsetof(struct S1, c1));printf(%zd\n, offsetof(struct S1, c2));printf(%zd\n, offsetof(struct S1, n));return 0;
}
运行结果 所以我们可以画出S1在内存的存储方式 可以看到偏移量为2和3的两个字节被浪费了。 现在我们再次用offsetof来计算一下S2中各个成员的偏移量
printf(%zd\n, offsetof(struct S2, c1));
printf(%zd\n, offsetof(struct S2, n));
printf(%zd\n, offsetof(struct S2, c2)); 于是我们又可以画出S2在内存中的存放 但这时可不要以为就在c2结束的时候S2就结束了可以看到我们上面sizeof得到的S2的字节数是12而c2结束时才9个字节。也就是说偏移量为9~11的3个字节也被我们浪费了。
这些现象究竟是为什么呢这时就不得不说明对齐的规则了 对齐规则 1.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。 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变量大小的较小值。 在vs中默认为8 Linux中gcc没有默认对齐数对齐数就是成员自身大小。 3.结构体总大小为最大对齐数结构体每个成员变量对齐数中最大的的整数倍。 4.如果结构体嵌套了结构体嵌套的结构体对齐到自己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。 用这些规则再回去看上面的S1和S2你会发现都是对应得上的。但这里我们不妨再举一个例子
#includestdio.hstruct S3
{double d;char c;int i;
};
int main()
{printf(%zd\n, sizeof(struct S3));return 0;
} 那么我们现在看一下按照规则来分配我们的内存得到的结果会不会是16 所以我们根据对齐规则内存中S3的分配应该是 根据规则一步步走我们就可以得到这个分配确实是16个字节。 结构体嵌套情况 为了体现规则的第四条我们再来举一个结构体嵌套的例子
#includestdio.hstruct S3
{double d;char c;int i;
}s3;struct S4
{char c1;
//嵌套一个结构体S3我们在前面已算出S3大小为16字节struct S3 s3;double d;
};int main()
{printf(%zd\n, sizeof(struct S4));//算S4大小return 0;
} 那么我们按照规则来画一下S4的内存看看是不是32字节 so 可以看到确实就是满足规则的。 为什么存在对齐
说到这里你可能会好奇为什么存在对齐呢这里有两种主要的原因 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的某些硬件平台只能在某些地址上取某些特定类型的数据否则将抛出硬件异常。 2.性能原因 数据结构尤其是栈应该尽可能地在自然界边界上对齐。原因在于为了访问未对齐的内存处理器可能要作两次内存访问而对齐的内存访问仅需一次访问。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。 总的来说结构体中的内存对齐总是拿空间来换取时间的做法。 懒得用pro重画了手写勿介意 设计结构体的注意事项:
上面说了结构体对齐现象是一种拿空间换时间的策略而在设计结构体的时候我们有一种可以既满足对齐又节省空间的做法
让占用空间小的成员尽量集中在一起。集中就行不用把占用空间小的成员先声明
有兴趣的朋友可以自己画图看看 修改默认对齐数
我们知道了默认对齐数的概念那么我们是否能够修改默认对齐数呢是可以的
#pragma这个预处理指令可以改变编译器的默认对齐数。
例如
这是修改前的s的大小 这是修改后的 可以看到修改默认对齐数可以让我们的结构体大小变小。 到此本篇博客内容就全部结束了祝阅读愉快^-^
