C语言第三十一弹---自定义类型：结构体(下) 原创

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目录

1、结构体内存景观< /p>

1.1、为什么存在内存宽度？

1.2、修改默认单色数

2、结构体传参

3、结构体实现位段

3.1、什么是位段

3.2、位段内存分配

3.3、位段的跨平台问题< /p>

3.4、位段的应用

3.5 、位段使用的注意事项

总结

上一弹我们讲解了结构体内存对齐的规则，那为什么我们需要内存对齐呢？

我们通过这一点弹来进行讲解。

1、结构体内存对齐

1.1、为什么存在内存对齐？

大多数的参考资料都是这样说的：

1. 平台原因（移植原因）：

并不是所有的硬件平台都能访问任意地址上的任意数据；某些硬件平台只能在某些地址上获取某些特定类型的数据，否则引发硬件异常。

2. 性能原因：

数据结构（尤其是栈）应该在自然边界上进行探究原因是，为了访问未映射的内存，处理器需要进行两次内存访问；而映射的内存访问只需要一次访问。假设一个内存总是从内存中取8个字节，则地址必须是8的倍数。如果能够保证将所有双类型的数据的地址都读取成8的倍数，那么就可以用同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，因为对象可能被分成两个 8 字节内存块中。

总体来说：结构体的内存大小是拿空间来换取时间的做法

那在设计结构体的时候，我们既要满足视觉，又要节省空间，如何实现：

让占用空间小成员主要集中在壹起

//如：struct S1 { char c1; int i; char c2; };struct S2 { char c1; char c2; int i; };

S1 和 S2 类型的成员模同类，但是 S1 和 S2 所占空间的大小有了一些区别。

很明显，根据上一弹讲解的视觉坐标规则，S1所占的空间更大。

1.2、修改默认对齐数

#pragma这个指令，可以改变编译器的默认对齐数。

#include #pragma pack(1)//设置默认彩色数为1struct S{ char c1;整数我； char c2;};#pragma pack()//取消设置的条形码数，还原为默认 int main(){ //输出的结果是什么？ printf("%d\n", sizeof(struct S)); return 0;}

根据上一弹结构体内存定位规则，可知该结构体的大小如上图，即6字节。< /strong>

结构体在对齐方式不合适的时候，我们可以自己更改默认对齐数。

2、结构体传递参

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){ 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); //传输结构体 print2(&s); //传地址 return 0;}

上面的 print1 和 print2 函数哪个好一些？

答案是：生成 print2 函数。

原因：

函数参参的时候，参数是需要压栈的，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，参数压栈的系统开销比较大，所以会导致性能的下降。

结论：

构造体传参的时候，要传构造体的地址。

3、结构体实现位段

结构体讲完就得讲讲结构体实现位段的能力。

3.1、什么是位段

< span style="color:#ff9900;">位段，C语言允许在一个结构体中以位为单位来指定其成员所占内存长度，这种以位为单位的成员称为“位段”或称“位域”(位域)。利用位段能够用黎明的补充存储数据。

位段的声明和结构是类似的，有两个个不同：

1.位段的成员必须是 int、unsigned int 或signed int ，在C99中位段成员的类型也可以

选择其他类型。

2.段的成员名后边有一个冒号和一个数字。

位

比如：

struct A{ int _a:2; int _b:5; int _c:10; int _d:30;};

A就是个同一位段类型。

里面的冒号和数字又表示表格？

首先我们要明白< span style="color:#ff0000;">位段中的这个“位”字实际上指的是二进制位。
我们知道一个二进制位就是1个比特位。
所以，A中int _a:2; 其实表示的就是_a的大小是2bit;
同理：
_b的大小是5bit
_c的大小是10bit
_d的大小是30bit

知道各自占用的内存空间之后，是不是将内存空间相加就是该结构体的真实内存大小呢？

2+5+10+30=47bit 因为1字节等于8bit，47bit接近6字节，是不是结构体空间就是6字节？我们通过VS测试来揭晓一下答案。

printf("%d\n", sizeof(struct A));

这里你们肯定不清楚，算出来还不到6字节，为什么答案就是8字节呢？我们接下来来进行深入讲解。

3.2、位段的内存分配

从上面的讲解我们知道：

1.位的成员可以是 int、unsigned int、signed int 或者是 char 等类型

那段所需的空间是如何分配的呢？

2.位段的空间是按照需要以4个字节（ int ）或者1个字节（ char ）的方式来开辟的。

这句话怎么办明白了吗？

就是说，如果位段的成员全部是整型的（位段成员一般都是同类型的），那就先给这个位段开辟4个字节的空间，如果不够用，放不下所有的成员，那就再开辟4个字节的空间 ，还不够用，继续开拓，以此类推。如果成员全部是char类型的，那就开拓1个字节的空间，一次放得下所有成员。

注意：

3.段位涉及很多不确定身份，位段不是跨平台的，注意可移植的程序应避免使用位段。

之后我们知道这些位段的规则，那么上面的struct A的内存大小是怎么计算出来的呢？

根据上述规则可知，位段的空间是按照需要以4个字节（ int ）或者1个字节（ char ）的方式来开辟的，此处为<强>在t类型字段，因此需要先开辟4字节空间，但是这里是小端存储还是大端存储呢？我们前面讲解的VS中整数在内存中的存储可知，VS采用小端存储，那么这里我们也采用小端存储来计算大小，先占用2bit空间，如上图绿色方框，占用5bit空间，如上图橙色方框，再占用10bit空间，但是这里第一个字节空白1bit空间了，空间不够，需要占用新的空间，例如上图蓝色底座，但是，最后占用30bit，同理空间不够需要占用新的空间，先占用8bit，但是此处已经没有空间了，所以需要再创建4字节空间，然后按照上图存放在内存空间中，如上图紫色方框。因此该结构体内存大小为8字节。

虽然我们根据上面的规则和VS整数在内存中存储下面上面的结果，但是就一定是这样吗？我们再用一个例子证明

//一个例子struct S{char a : 3;char b : 4;char c : 5;char d : 4;};intmain(){struct S s = { 0 };s.a = 10;s.b = 12;s.c = 3;s.d = 4;//空间是如何开辟的？return 0;}

根据上述结构体字段的规则，此处内存的占用情况如上图。

< p>

此时还是证明无法内存中真实如何存储，此时我们可以判断一些值进行验证。

现在通过调试查看内存中的结构体是如何存储的。

< p>

根据VS编译器的调试可知，结构体位段在VS中是按照小端进行存储的，但不是所有编译器都是这样，使用因此其他编译器时需要自行证明。

3.3、位段的跨平台问题

1. int位段被当成有符号数还是无符号数是不确定的。

2.段中最大的数目不能确定。（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。

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.当一个结构包含两个位段时，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使用，这是不确定的。

总结：

跟结构相比，位段可以达到同样的效果，并且可以很好的节省空间，但存在跨平台的问题。

3.4、位段的应用

下图是网络协议中，IP数据报的格式，我们只需要看其中很多的属性位可以描述，这里使用位段，能够实现想要的效果，也节省了空间，这样网络传输的数据报大小再小一些，对网络的畅通是有帮助的。

3.5、位段使用的注意事项

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不是某个字节的起始位置，那么这些位置处是没有地址的。内存中每个字节分配一个地址，一个字节内部的位位是没有地址的。

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，只能是先输入放在同一个位

struct A{ int _a : 2; 个变量中，然后分配给位段的成员。整数_b：5；整数_c：10； int _d : 30;};int main(){ struct A sa = {0}; scanf("%d", &sa._b);//这是错误的 //正确的范例 int b = 0; scanf("%d", &b); sa._b = b;返回0;}

总结

本篇博客就结束啦，谢谢大家的观看，如果公主们有建议可以留言，喔谢谢大家啦！< /p>