本篇文章带来结构体相关知识与结构体内存对齐的规则详细讲解!
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一.认识什么是结构体
结构是一些值的集合,这些值称为成员变量。结构的每个成员可以是不同类型的变量。
这里和数组进行区分,数组:是一组
相同类型元素的集合;
二.结构体的声明
如:
tag 是
结构体标签名
,是可以自定义的;
member-list 是
成员列表
;
variable-list 是
变量列表
;
需要注意的是:后面的分号不能丢;
这里的 :
struct Stu 是结构体类型;
char name[ 20] , int age ,char sex[5] 都是成员变量;
S1, S2, S3 是结构体变量;
有两种方式创建结构体变量;
第一种:就是先进行结构体申明后,再创建结构体变量 (是全局变量) 如图左边;
第二种:在进行结构体申明是就直接在括号后面进行结构体创建(是局部变量) 如图右边;
特殊的结构体申明
注意:匿名结构体类型(不完全的声明),创建结构体变量时,只能用上面的第一种方式;(如图)
上面的两个结构在声明的时候省略掉了结构体标签(tag);
那么,问题来了,上面代码中的 p=&S 时合法的吗?
警告:
编译器会把上面的两个声明当成完全不同的两个类型。
所以是非法的。
结构体类型重命名
如下代码:
上面代码:将结构体类型 struct Stu 重命名为Stu;
也可以将匿名结构体类型重命名,如下面代码:
因此创建结构体变量时,就可以直接用 Stu S1,S2,S3这种方式创建;
三.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?
结构体中包含一个结构体(自身或则另一个结构体),需要用到结构体指针;
如下代码:
匿名结构体自引用时的常见错误:
四.结构体变量的初始化
注意:
不使用点操作符,只能按照声明时成员列表的顺序进行初始化,使用点操作符可以改变初始的顺序
结构体嵌套结构体的初始化和打印
结构体是用大括号括起来的,所以当一个结构体里面含另一个结构体时,里面的结构体也需要用大括号;
打印上面结构体里面的数据:例如打印Sn2的数据
五.结构体内存对齐(重中之重)
重点:
特别热门的考点: 结构体内存对齐
考察方式:
计算结构体的大小
例:
但是实际运行的结果是:
这是为什么呢?这就讲到结构体的对齐规则了;
结构体的对齐规则:
1. 第一个成员在与结构体变量偏移量为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 该成员大小的较小值。
VS中默认的值为8
Linux中没有默认对齐数,对齐数就是成员自身的大小
3. 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。
4. 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。
再将上述代码进行分析:
宏offsetof
1.是用来计算结构体成员相较于结构体起始位置的偏移量;
2.offsetof需要包含的头文件是:stddef.h
我们用这个宏来验证我们的分析:
运行的
结果和上面我们分析对照可以发现是一样的;
结构体嵌套结构体的例子
打印来验证我们的分析:
为什么存在内存对齐?
1.
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。
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。
总体来说:
结构体的内存对齐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;
修改默认对齐数
#pragma 这个预处理指令,可以改变我们的默认对齐数。
示例:
结论:
结构在对齐方式不合适的时候,我们可以自己更改默认对齐数。
五.结构体传参
结构体传参的时候,要传结构体的地址。
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,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。
本章完~