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自定义类型:结构体

1.结构体的声明

1.1结构体变量的创建与初始化

1.2结构的特殊声明

声明结构的时候可以不完全的声明,也就是省略tag,成为匿名的结构体。

上图中p=&s并不合法,因为编译器会把两个声明当成两个不同的类型。

所以匿名的结构体如果不重命名,一般只能使用一次。

2.结构的自引用

假设我们需要存储一组在内存中不连续的数字1,2,3,4,5,并希望通过一个节点迅速找到下一个节点。有的同学构思到了如下结构体,试图将数据跟下一个数据“打包”在一个节点中:

  但是上述代码其实是错误的,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限大,是不合理的。

  必须使用指针代替结构体变量,指针仅会存储地址(固定占用4或8个字节),终止了不合理的递归,所以正确的自引用如下:

3.结构体内存对齐

3.1下面这个结构体的大小是多少?

struct S1
{
char c1;
int i;
char c2;
};
printf("%zu\\n", sizeof(struct S1));

很多同学习惯性的会觉得是6,但是我们运行以后发现是12,为什么呢?就是因为内存对齐,每个成员在内存中存放的时候,并不是按照顺序直接往下存储的,而是会考虑对齐的问题。

对齐的规则:

1.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

2.从第二个成员变量开始,都要对齐到某个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默认是8

-Linux中gcc没有默认对齐数,对齐数就是成员自身大小

3.结构体的总大小为最大对齐数的整数倍。

4.如果嵌套了结构体,嵌套的结构体成员对齐到自己成员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。

根据对齐规则,结构体s1大小结果为12的得出过程我们就清晰了。如上图。

3.2小练习

自行计算一下打印出来的结果是多少?

3.3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⻬。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齐成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。

举个例子:

假设不考虑对齐,已知在32位环境下,一次读取四个字节:

如上图可知想要读取完整的i需要读取两次。

考虑对齐的话:

想要读取i只需要直接跳过前四个字节,读取一次即可。

那么有没有什么办法,既满足对齐,又减少浪费的空间呢?

如上图,S1与S2的成员一样,但是所占空间大小却不同,所以我们可以得出结论:将结构体中小的成员尽量集中到一起会减少对空间的浪费。

4.结构体传参

上述两种传参方式分别为结构体传参与结构体地址传参,我们实际使用时首选第二种。

因为函数传参的时候,参数需要压栈,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。

所以结构体传参的时候,要传结构体的地址。

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