之前学完结构体,有没有对结构体的大小会很疑惑呢??其实结构体在内存中存储时会存在内存对齐,捎带讲讲位段,枚举,和联合,跟着小张一起学习吧
结构体内存对齐
结构体的对齐规则:
- 第一个成员在与结构体变量偏移量为0的地址处。
- 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。
VS中默认的值为8- 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。
- 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,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。
例1
struct S1
{
char c1;
int i;
char c2;
};
如果没学过结构体的内存对齐的话,是不是觉得他的字节长度是6个字节呢??我之前也是这样认为的
编译运行:
发现他的字节数为12,所以到底是怎么回事呢???
我们可以根据结构体的内存对齐规则计算一下该结构体的字节数
例2(结构体嵌套问题)
struct S4
{
char c1;
struct S1 s1;
double d;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S4));
编译运行:
分析:
为什么存在内存对齐?
- 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。- 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。
那在设计结构体的时候,我们既要满足对齐,又要节省空间,如何做到:
让占用空间小的成员尽量集中在一起
struct S1
{
char c1;
char c2;
int i;
};
编译运行
我们发现小于例1中的12个字节
修改默认对齐数
我们见过了 #pragma 这个预处理指令,这里我们再次使用,可以改变我们的默认对齐数。
#include <stdio.h>
#pragma pack(1)//设置默认对齐数为8
struct S2
{
char c1;
int i;
char c2;
};
#pragma pack()//取消设置的默认对齐数,还原为默认
int main()
{
//输出的结果是什么?
printf("%d\n", sizeof(struct S2));
return 0;
}
分析:
位段
结构体讲完就得讲讲结构体实现 位段 的能力。
什么是位段
位段的声明和结构是类似的,有两个不同:
1.位段的成员必须是 int、unsigned int 或signed int 。
2.位段的成员名后边有一个冒号和一个数字。
例
struct A
{
int _a:2;
int _b:5;
int _c:10;
int _d:30;
};
A就是一个位段类型。
那位段A的大小是多少?冒号后面的为对应变量所占的bit位
printf("%d\n", sizeof(struct A));
编译运行:
位段的内存分配
位段的内存分配
- 位段的成员可以是 int unsigned int signed int 或者是 char (属于整形家族)类型
- 位段的空间上是按照需要以4个字节( int )或者1个字节( char )的方式来开辟的。
- 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 S
{
char a:3;
char b:4;
char c:5;
char d:4;
};
int main()
{struct S s = {0};
s.a = 10;
s.b = 12;
s.c = 3;
s.d = 4;}
分析:
在一个字节里面放变量,如果继续放的时候该字节内的bit位不足以存放下一个变量,则在新的字节上存放新的变量
位段的跨平台问题
- int 位段被当成有符号数还是无符号数是不确定的。
- 位段中最大位的数目不能确定。(16位机器最大16,32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。
总结:
跟结构相比,位段可以达到同样的效果,但是可以很好的节省空间,但是有跨平台的问题存在。
枚举``
枚举顾名思义就是一一列举。
把可能的取值一一列举。
比如我们现实生活中:
一周的星期一到星期日是有限的7天,可以一一列举。
性别有:男、女、保密,也可以一一列举。
月份有12个月,也可以一一列举
这里就可以使用枚举了
枚举类型的定义
enum Day//星期
{
Mon,
Tues,
Wed,
Thur,
Fri,
Sat,
Sun
};
enum Sex//性别
{
MALE,
FEMALE,
SECRET
};
enum Color//颜色
{
RED,
GREEN,
BLUE
};
以上定义的 enum Day , enum Sex , enum Color 都是枚举类型。 {}中的内容是枚举类型的可能取
值,也叫 枚举常量 。
这些可能取值都是有值的,默认从0开始,一次递增1,
当然在定义的时候也可以赋初值。 例如
enum Color//颜色
{
RED=1,
GREEN=2,
BLUE=4
};
枚举的优点
我们可以使用 #define 定义常量,为什么非要使用枚举? 枚举的优点:
- 增加代码的可读性和可维护性
- 和#define定义的标识符比较枚举有类型检查,更加严谨。
- 防止了命名污染(封装)
- 便于调试
- 使用方便,一次可以定义多个常量
枚举的使用
enum Color//颜色
{
RED=1 ,
GREEN = 2,
BLUE = 4
};
int main()
{
//printf("%d\n", sizeof(union Un1));
enum Color col=RED ;//只能拿枚举常量给枚举变量赋值,才不会出现类型的差异,枚举常量实质就是整型。
col = 3.8;
printf("%d", col);
}
联合(共用体)
联合类型的定义
联合也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,特征是这些成员公用同一块
空间(所以联合也叫共用体)
联合的特点
联合的成员是共用同一块内存空间的,这样一个联合变量的大小,至少是最大成员的大小(因为
联合至少得有能力保存最大的那个成员)。
union Un
{
int i;
char c;
};
union Un un;
int main()
{
printf("%p\n", &(un.i));
printf("%p\n", &(un.c));
un.i = 0x11223344;
un.c = 0x55;
printf("%x\n", un.i);
}
编译运行:
执行完71行
执行完72行
验证了共用一个内存空间,修改是在修改同一个空间
联合大小的计算
联合的大小至少是最大成员的大小。
当最大成员大小不是最大对齐数的整数倍的时候,就要对齐到最大对齐数的整数倍。
例
union Un1
{
char c[5];
int i;
};
int main()
{
printf("%d\n", sizeof(union Un1));
}
编译运行:
分析:联合体大小首先是最大成员的大小,c[5]占5个字节,数组c[]每个元素大小为1,和vs默认对齐数是8,则他的对齐数是1,,i占4个字节,和vs默认对齐数是8,则他的对齐数是4,则最大对齐数是4,则联合体的大小为8