C语言之我对结构体与联合体的认识

news2024/10/5 22:23:07

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给大家分享一句我很喜欢我话:

知不足而奋进,望远山而前行!!!

铁铁们,成功的路上必然是孤独且艰难的,但是我们不可以放弃,远山就在前方,但我们能力仍然不足,所有我们更要奋进前行!!!

今天我们更新了联合体和结构体的内容,

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一、结构体位段

我们先来说一下上一篇结构体博客中遗留下来的问题吧,叫做结构体位段问题,这个问题该咋去讲呢,就是结构体位段。

下面我们来看一串代码:

//结构体位段
//节省空间内存。
struct S
{
	int _a:2;//只占2个bit位
	int _b:5;//只占5个bit位
	int _c:10;//   10个
	int _d:30;//   30个 
};

我们前面讲了结构体内存对齐,我们说了他的作用是通过耗费更多的空间来获取更快的运行速度,然后这个结构体位段的作用是什么呢,它就是要耗费更少的内存空间。

我们其中的数字不是指的字节,而是bit位,我们知道,一个int类型的数占四个字节,那么我们只用两个bit位能存储这个数嘛,下面我们来试试看:

我们知道2的二进制是:00000010,然后我们知道一个其中的一个数占一个bit位,因此如果储存一个2的话只需要两个bit位也是可以实现的,所以这个就可以节省许多内存。

位段的跨平台问题:

  1. 1.int位段被当成有符号还是无符号数是不确定的。
  2. 2.位段中最大位数的数目不确定,(16位机器最大16,32位机器最大32,写成27,在十六机器上要出问题)
  3. 3.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。
  4. 4.当一个就够包括两个位段,第二个位段成员比较大,无法容纳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,位段可以达到较好的效果,并且可以很好的节省空间,但是就是存在跨平台的问题。

二、结构体内存的分配

先看一串代码:

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;

	return 0;
}

大家认为位段是如何开辟内存空间的呢?下面我们来看一下。

在位段内存分配时,我们的规则大概是这样的,就是我们先会开辟一段内存,一个字节,八个bit位,开辟好之后,我们是从左往右存呢,还是从右往左存呢,答案就是从右往左存,

大概就是这样,然后我们看第一个字节处,我们先用了三个bit位,然后又占了四个,但是还会剩下一个,但是这一个已经不够下一个继续使用了,因此会丢弃掉这一个,继续开辟一块新的字节。

三、联合和枚举:

3.1联合体

像结构体一样,由一个或者多个成员构成,这些成员可以不同的类型。

下面我们通过一串代码来了解一下联合体

union Un
{
	char c;
	int i;
};

int main()
{
	union Un u = { 0 };
	printf("%zd\n", sizeof(u));
	return 0;
}

大家认为这串代码会输出什么呢?char占一个字节,然后int占四个字节,按对齐的规则是不是占八个字节呢,我们运行一下看一下:

我们发现结果是4,这是为什么呢?

这就和联合体的定义有关系了,其实char定义的这个数和int类型定义的数存放在一个地址处,我们用一串代码来验证一下:

union Un
{
	char c;
	int i;
};

int main()
{
	union Un u = { 0 };
	printf("%zd\n", sizeof(u));

	printf("%p\n", &u);
	printf("%p\n", &(u.c));
	printf("%p\n", &(u.i));

	return 0;
}

我们可以发现这串代码打印的这两个地址是相同的,因此我们就可以验证出他就是存放相同地址处。

这里还有一个知识点,联合体的大小至少是最大成员的大小,当最大成员的大小不是最大对齐数的整数倍时,就要对齐到最大对齐数的整数倍。

下面我们再来做一个练习:

union Un
{
	short s[7];
	int i;
};

int main()
{
	union Un u = { 0 };
	printf("%zd\n", sizeof(u));
	return 0;
}

大家认为这个代码会输出什么呢,一个short类型占两个字节,然后七个就是十四个字节,但是int是4,又要求输出的是最大对齐数的整数倍,所以16才符合最终的结果。答案就是16.

3.1.1联合体有什么用呢?

使用联合体是可以节省空间的,举例:
比如,我们要搞⼀个活动,要上线⼀个礼品兑换单,礼品兑换单中有三种商品:图书、杯⼦、衬衫。
每⼀种商品都有:库存量、价格、商品类型和商品类型相关的其他信息。
图书:书名、作者、⻚数
杯子:设计
衬衫:设计、可选颜色、可选尺寸
那我们不耐心思考,直接写出⼀下结构:
struct gift_list
{
 //公共属性
 int stock_number;//库存量
 double price; //定价
 int item_type;//商品类型
 
 //特殊属性
 char title[20];//书名

char author[20];//作者
 int num_pages;//⻚数
 
 char design[30];//设计
 int colors;//颜⾊
 int sizes;//尺⼨
};
上述的结构其实设计的很简单,用起来也⽅便,但是结构的设计中包含了所有礼品的各种属性,这样
使得结构体的⼤⼩就会偏⼤,比较浪费内存。因为对于礼品兑换单中的商品来说,只有部分属性信息
是常⽤的。比如:
商品是图书,就不需要design、colors、sizes。
所以我们就可以把公共属性单独写出来,剩余属于各种商品本身的属性使用联合体起来,这样就可以
介绍所需的内存空间,一定程度上节省了内存。

struct gift_list
{
 int stock_number;//库存量
 double price; //定价
 int item_type;//商品类型
 
 union{
 struct
 {
 char title[20];//书名
 char author[20];//作者
 int num_pages;//⻚数
 }book;
 struct
 {
 char design[30];//设计
 }mug;
 struct
 {
 char design[30];//设计
 int colors;//颜⾊
 int sizes;//尺⼨
 }shirt;
 }item;
};

这样来看我们是不是就节省了许多的空间呢。

我们下面再通过联合体判断一下机器是大端还是小端。

int check_sys()
{
	union Un
	{
		char c;
		int i;
	}u;
	u.i = 1;
	return u.c;
}

int main()
{
	int ret = check_sys();
	if (ret == 1)
		printf("小端\n");
	else 
		printf("大端\n");

	return 0;
}

这个代码是不是太妙了呢,直接拿出四个字节中的一个字节,直接就可以判断出来了。

总结:

这次我们介绍了关于结构体位段、联合和枚举还有联合体的内容。希望大家可以从中学到东西。

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