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C語言超詳細講解結構體與聯合體的使用_C 語言

作者：茂大師 ? 更新時間： 2022-06-30 編程語言

結構體

結構體內存對齊問題：

當我們在計算結構體的大小時，我們便需要清楚的知道結構體內存對齊是什么。

存在內存對齊的原因可細分為兩個：

平臺原因：

不是所有的硬件平臺都能方位任意地址上的任意數據；某些硬件平臺只能在某些地址處取某些特定類型的數據，否則會拋出硬件異常。

性能原因：

首先內存對齊可以提高程序的性能，當訪問未對其的內存空間時，有時候處理器需要進行兩次訪問，而當訪問對齊的內存時，只需要一次就夠了。這同時也被叫做用空間換取時間。?

結構體的對齊規則：

1.第一個成員在與結構體變量偏移量為0的地址處。

2.其他成員變量要對齊到某各數字（對齊數）的整數倍的地址處。

對齊數=編譯器默認的一個對齊數與該成員大小的較小值。（VS中默認的值為8）

3.結構體總大小為最大對齊數（每個成員變量都有一個對齊數）的整數倍。

4.如果嵌套了結構體的情況，嵌套的結構體對齊到自己的最大對齊數的整數倍處，結構體的整體大小就是所有最大對齊數（含嵌套結構體的對齊數）的整數倍。

舉例1:

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include<stdio.h>
int main()
{
	struct s1
	{
		char c1; // 1字節
		int i;   // 4字節
		char c2; // 1字節
	};
	printf("%d\n", sizeof(struct s1));
}

輸出結果為：

解釋如下：

我們易知內存會為結構體開辟一塊空間來給結構體存儲數據，從而我們可以用下圖的方式將該空間給表示出來：

舉例2：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include<stdio.h>
int main()
{
	struct s2
	{
        int i;  // 4字節
		char c1;// 1字節
		char c2;// 1字節
	};
	printf("%d\n", sizeof(struct s2));
}

輸出結果為：

解釋如下：

舉例3：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include<stdio.h>
struct s3
{
	double d; // 8字節
	char c;   // 1字節
	int i;    // 4字節
};
struct s4
{
	char c1;   // 1字節
	struct s3; // 16字節
	double d;  // 8字節
};
int main()
{
	printf("%d\n", sizeof(struct s4));
	return 0;
}

輸出結果為：

解釋如下：

結論總結：

當我們想內存對齊的同時也想節省空間時，可以將空間小的變量集中在一起！！

offsetof-宏

用途：計算結構體成員相對于起始位置的偏移量的

注意：使用該函數時，應該引用頭文件 #include <stddef.h>

舉例：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include<stdio.h>
#include<stddef.h>
struct s1
{
	char c1;
	int i;
	char c2;
};
int main()
{
	printf("%u\n", offsetof(struct s1,c1));
	printf("%u\n", offsetof(struct s1, i));
	printf("%u\n", offsetof(struct s1, c2));
}

輸出結果為：

位段

位段的成員類型必須為： int、unsigned int、signed int

位段的空間是按照需要以4個字節（int）或者1個字節（char ）的方式來開辟的

位段的成員名后邊有一個冒號和一個數字！

舉例1：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include<stdio.h>
struct s5
{              // 位段所代表的意思
	int _a : 2; // _a 占 2個bit位
	int _b : 5; // _b 占 5個bit位 
	int _c : 10;// _c 占 10個bit位 
	int _d : 30;// _d 占 30個bit位 
};
int main()
{
	printf("%d\n", sizeof(s5));
	return 0;
}

輸出結果為:（原本的字節大小為 16 字節 =16*8=128 bit? 現在的字節大小為 8字節且只占 2+5+10+30 = 47bite）

那為啥不是占用7字節呢？7字節有 7*8=56bite 也夠使用啊？

我們便需要根據位段的規定來解釋，當為（int）類型時內存空間每次都是以4字節的大小來開辟空間的，當為（char）類型時內存空間每次都是以1字節的大小來開辟空間的，所給例子為int類型，當所定的第一個4字節空間不夠用時，便會再開辟一塊大小為4字節的空間來供其存儲，從而輸出結果為8字節。

結論：??

我們可以根據所定義的整型數字大小，利用位段來給其分配相適應大小的空間，從而有效的幫我們進行內存空間的節省。

舉例2：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include<stdio.h>
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;
}

我們想要知道位段在（VS編譯器）內存中是如何存儲的，便可以打開監控來進行調試

如圖所示：

?（結構體變量s 剛開始初始化了 3字節）

?（結構體變量s 經過賦值之后存儲數值的變化）

解釋如下圖：

位段的跨平臺問題:

1. int 位段被當成有符號數還是無符號數是不確定的。

2. 位段中最大位的數目不能確定。(16位機器最大16，32位機器最大32），寫成27，在16位機器會出問題。

3.位段中的成員在內存中從左向右分配，還是從右向左分配標準尚未定義。

4. 當一個結構包含兩個位段，第二個位段成員比較大，無法容納于第一個位段剩余的位時，是舍棄剩余的位還是利用，這是不確定的。

結論：

位段涉及很多不確定因素，位段是不垮平臺的，注重可移植的程序應該避免使用位段。

枚舉

枚舉類型是某類數據可能取值的集合

例子：一周內星期的取值為7天，可以一一列舉出來

定義方式及使用方式：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include<stdio.h>
enum day
{
	Mon,
    Tues,
	Wed,
	Thur,
	Fri,
	Sat,
	Sun
};
int main()
{
	enum day s1 = Mon;
	enum day s2 = Sat;
	return 0;
}

舉例1：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include<stdio.h>
enum color
{
	blue,
	green,
	yellow
};
int main()
{
	printf("%d\n", blue);
	printf("%d\n", green);
	printf("%d\n", yellow);
	return 0;
}

輸出結果為：?（由結果知枚舉常量會被自動從0開始一次往下賦值）

拓展：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include<stdio.h>
enum color
{
	blue=4,
	green=7,
	yellow
};
int main()
{
	printf("%d\n", blue);
	printf("%d\n", green);
	printf("%d\n", yellow);
	return 0;
}

輸出結果為：（由此可知枚舉常量我們可以自定義賦值，未賦值常量為其上一常量的值+1）

#define 也可以用來定義常量，那用枚舉來定義常量的優點為：

1.增加代碼的可讀性和可維護性

2. 和#define定義的標識符比較枚舉有類型檢查，更加嚴謹

3.防止了命名污染（封裝）

4. 便于調試

5. 使用方便，一次可以定義多個常量

聯合體(共用體)

特點：

各成員共享一段內存空間，一個聯合變量的長度等于各成員中最長的長度。

舉例1：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include<stdio.h>
union Un
{
	char c;
	int i;
};
int main()
{
	union Un u1;
	printf("%d\n", sizeof(u1));
	printf("%p\n", &u1);
	printf("%p\n", &u1.c);
	printf("%p\n", &u1.i);
}

輸出結果為：?

如圖所示：?

應用：（用來判斷編譯器是大端存儲還是小端存儲）

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include<stdio.h>
int chek_sys()
{
	union Un //創建一個聯合體 char c 和 int i 共用同一塊存儲空間
	{
		char c;
		int i;
	}u;
	u.i = 1;    // 這里給i賦值為1
	            //若為小端存儲時內存中所存儲：01 00 00 00（16進制）  為大端存儲： 00 00 00 01（16進制） 
	return u.c; //這里直接返回 char c 與 int i 所共用空間的值 
	            //返回1字節大小的值 即 int i 以16進制方式所存儲的前兩位數字 ，若值為1則為小端 若值為0則為大端
}
int main()
{
	if (1 == chek_sys())
	{
		printf("小端\n");
    }
	else
	{
		printf("大端\n");
	}
	return 0;
}

輸出結果：

舉例2：（計算聯合體的大小）

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include<stdio.h>
union Un
{
	char arr[5];//5字節
	int i;     //4字節
};
int main()
{
	printf("%d\n", sizeof(union Un));
	return 0;
}

輸出結果為：(我們從結果得知聯合體也存在內存對齊)?

解釋：

char類型數組先占用5字節，其對齊數為1字節（char），int i占用4字節與char類型數組公用同一塊空間，其對齊數為4字節（int），該聯合體所占5字節，但存在內存對齊，需為4字節的倍數，從而要浪費3字節空間使其為8字節。

以上便是關于結構體和聯合體的全部內容！

如有錯誤或者能改進的地方請各大佬指出我會及時改正！！?

原文鏈接：https://blog.csdn.net/weixin_63888301/article/details/124309746

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位段

枚舉

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