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C--结构体和位段的使用方法

9 人参与  2024年09月28日 10:00  分类 : 《我的小黑屋》  评论

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一:结构体

首先结构体我们有一个非常重要的规则 非常重要:

我们允许在初始化时自动将字符串字面量复制到字符数组中,但这不是通过赋值操作完成的,而是在初始化时直接进行的。然而,这要求整个初始化表达式是在结构体初始化列表中,而不是在结构体定义之后作为赋值操作。

就是说在结构体初始化之后s1.age=20可以,但是s1.name="abcdef"不行

#include <stdio.h>  #include <string.h>    struct stu  {      char name[20];      int age;      char sex;  };    int main()  {      struct stu s1 = { .name = "lisi", .age = 18, .sex = 'F' };        // 修改字符数组类型的成员      strcpy(s1.name, "abcdef");      但是s.name="abcdef"不合法      // 打印修改后的结构体成员以验证      printf("Name: %s, Age: %d, Sex: %c\n", s1.name, s1.age, s1.sex);        return 0;  }

在C语言中,结构体初始化之后,对于非数组(或更具体地说,非字符数组)类型的成员,如 int 或 char,您可以直接使用赋值操作符(=)来修改它们的值。这是为什么呢?

因此,s1.age = 20; 是完全合法的。 然而,对于字符数组(如 char name[20];),情况就不同了。您不能直接使用赋值操作符将一个新的字符串字面量(如 “abcdef”)赋给字符数组,因为字符串字面量在内存中是一个常量,而数组名在大多数情况下表示数组首元素的地址(尽管它本身不是一个左值,但在初始化时是一个例外)。
如果您想在结构体初始化之后修改字符数组类型的成员,您需要使用字符串处理函数,如 strcpy

在大多数情况下(特别是在赋值操作中),你不能将数组名当作左值来使用,相当于直接arr=“abcdef”(错误)因为它不代表一个可以存储新值的变量。这就是为什么你不能写s1.name = “abcdef”;这样的代码来修改字符数组的原因。相反,你需要使用strcpy这样的函数来复制字符串到数组中。

总结:
对于非数组类型的结构体成员,可以直接使用赋值操作符(=)来修改它们的值。
对于字符数组类型的结构体成员,需要使用字符串处理函数(如 strcpy)来修改它们的值。

1: 结构体的特殊声明

![在这里插入图片描述](https://i-blog.csdnimg.cn/direct/40d507c992ca4bb086f69a6b5fbdb3c0.jpeg

编译器会把上⾯的两个声明当成完全不同的两个类型,所以非法的。
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

2:结构体的自引用

在结构中包含⼀个类型为该结构本⾝的成员是否可以呢?(结构体的自引用)
⽐如,定义⼀个链表的节点

struct Node{ int data; struct Node next;};

上述代码正确吗?如果正确,那 sizeof(struct Node) 是多少?
仔细分析,其实是不行的,因为⼀个结构体中再包含⼀个同类型的结构体变量,这样结构体变量的大小就会⽆穷的大,是不合理的。(一直引用无穷无尽)

正确方法:这里我放一个指针:我就可以不去解引用,这样就不会一直访问了,或者置为NULL

struct Node{ int data; struct Node* next;};

在结构体自引用使用的过程中,夹杂了 typedef 对匿名结构体类型重命名,也容易引⼊问题,看看
下⾯的代码,可行吗?

typedef struct{ int data; Node* next;   **还没重新命名你就用上了?**}Node;  

所以说那样不行:这样就正确了,要有名字,然后用重命名之前的类型名字

typedef struct Node{ int data; struct Node* next;}Node;

3:结构体的对齐规则

3.1:首先掌握对齐规则

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。 VS 中默认的值为 8Linux中 gcc 没有默认对齐数,对齐数就是成员自身的大小 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。
#include <stdio.h>int main(){// 练习1struct S1{char c1;int i;char c2;};printf("%d\n", sizeof(struct S1)); 12//练习2struct S2{char c1;char c2;int i;};printf("%d\n", sizeof(struct S2));8//练习3struct S3{double d;char c;int i;};printf("%d\n", sizeof(struct S3));16//练习4-结构体嵌套问题struct S4{char c1;struct S3 s3;double d;};printf("%d\n", sizeof(struct S4));32return 0;}

3.2 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,为了访问未对⻬的内存,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。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⻬成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。

总体来说:结构体的内存对⻬是拿空间来换取时间的做法。

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

1 //例如:2 struct S13 {4 char c1;5 int i;6 char c2;7 };89 struct S210 {11 char c1;12 char c2;13 int i;14 };S1 和 S2 类型的成员⼀模⼀样,但是 S1 和 S2 所占空间的⼤⼩有了⼀些区别。

3.3:修改默认对齐数

默认对齐数的大小:一般为2^n(1,2,4,8,……)

#include <stdio.h>#pragma pack(1)//设置默认对⻬数为1,一般为2^n(1,2,4,8……)struct S{ char c1; int i; char c2;};#pragma pack()//取消设置的对⻬数,还原为默认int main(){ //输出的结果是什么? printf("%d\n", sizeof(struct S));默认对齐数为1时候的值(6) return 0;}

4:结构体传参(尽量传地址)

struct S{ int data[1000]; int num;};struct S s = {{1,2,3,4}, 1000};//结构体传参void print1(struct S s) 传值:再传date[1000],形参太大,时间太长,再压栈一大堆{ printf("%d\n", s.num);}//结构体地址传参void print2(struct S* ps){ printf("%d\n", ps->num);}int main(){print1(s); 传结构体print2(&s);传指针

上⾯的 print1 和 print2 函数哪个好些?
答案是:首选print2函数。

原因:
函数传参的时候,参数是需要压栈(push进去,出来再销毁,费劲),会有时间和空间上的系统开销。 如果传递⼀个结构体对象的时候,结构体过大,参数压栈的的系统开销比较大,所以会导致性能的下降。 结论:
结构体传参的时候,要传结构体的地址。

5:位段

位段的成员必须是 int、unsigned int 或signed int 或者是char类型,在C99中位段成员的类型也可以
选择其他类型。
位段的成员名后边有⼀个冒号和⼀个数字。
#include <stdio.h>struct A{int _a : 2;int _b : 5;int _c : 10;int _d : 30;};int main(){printf("%d\n", sizeof(struct A));8return 0;}

5.1 位段的内存分配

位段的成员可以是 int unsigned int signed int 或者是 char 等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。
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在这里插入图片描述

位段的问题:
6. int 位段被当成有符号数还是⽆符号数是不确定的。7. 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。
8. 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。(我们看来是左向右)
9. 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。(我们看来是舍弃)
总结:
跟结构相比较,位段(只能是int,unsigned int,char)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。

5.2:

像这样的传输信息采用位段就可以减少空间的使用,避免网络拥挤(打包数量小)

在这里插入图片描述

6:位段的注意事项:

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
譬如char a : 3; char b : 4; ( b就没有地址)
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 A{ int _a : 2; int _b : 5; int _c : 10; int _d : 30;};int main(){ struct A sa = {0}; scanf("%d", &sa._b);这是错误的 正确的⽰范 int b = 0; scanf("%d", &b); sa._b = b;先输⼊放在⼀个变量中,然后赋值给位段的成员 return 0;}

上述就是C–结构体和位段的使用方法的内容了
能看到这里相信您一定对小编的文章有了一定的认可)
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