1.C语言中的结构体
1.1 定义
结构体是由一系列相同或不同类型的变量组成的集合。
struct 结构体名{ //struct为关键字,“结构体名”为用户定义的类型标识。
数据类型1 成员名1; //{ }中是组成该结构体的成员,其中数据类型可以是C语言所允许的任何数据类型。
数据类型2 成员名2;
...
数据类型n 成员名n;
};
1.2 结构体的内存分配(方法一)
结构体在内存中分配一块连续的内存,但结构体内的变量并不一定是连续存放的,这涉及到内存对齐。
原则1 数据成员对齐规则:结构(struct或联合union)的数据成员,第一个数据成员放在offset为0的地方,以后每个数据成员存储的起始位置要从该成员大小的整数倍开始(比如int在32位机为4字节,则要从4的整数倍地址开始存储)。
原则2 结构体作为成员:如果一个结构里有某些结构体成员,则结构体成员要从其内部最大元素大小的整数倍地址开始存储。(struct a里存有struct b,b里有char,int,double等元素,那b应该从8的整数倍开始存储。)
原则3 收尾工作:结构体的总大小,也就是sizeof的结果,必须是其内部最大成员的整数倍,不足的要补齐。
例1.
struct A{ struct B{ int a; char b; char b; int a; short c; short c; }; }; sizeof(A) = 8; int为4,char为1,short为2,这里用到了原则1和原则3。 sizeof(B) = 12; char为1,int为4,short为2,怎么会是12?还是原则1和原则3。 a b c A的内存布局:1111, 1*, 11 b a c B的内存布局:1***, 1111, 11**
其中星号*表示填充的字节。
A中,b后面为何要补充一个字节?因为c为short,其起始位置要为2的倍数,就是原则1。c的后面没有补充,因为b和c正好占用4个字节,整个A占用空间为4的倍数,也就是最大成员int类型的倍数,所以不用补充。
B中,b是char为1,b后面补充了3个字节,因为a是int为4,根据原则1,起始位置要为4的倍数,所以b后面要补充3个字节。c后面补充两个字节,根据原则3,整个B占用空间要为4的倍数,c后面不补充,整个B的空间为10,不符,所以要补充2个字节。
例2.
struct A{ struct B{ int a; char e[2]; double b; int f; float c; double g; }; short h; struct A i; }; sizeof(A) = 24; int为4,double为8,float为4,总长为8的倍数,补齐,所以整个A为24。 sizeof(B) = 48; 看看B的内存布局。 e f g h B的内存布局:11* *, 1111, 11111111, 11 * * * * * *, i 1111* * * *, 11111111, 1111 * * * *
i其实就是A的内存布局。根据原则2,i的起始位置要为8的倍数,所以h后面要补齐。
1.3 结构体的内存分配(方法二)
struct的内存大小为每个数据内存的加和,首先按照最大的数据类型进行单个分配,如果前一个数据占用不了所有的内存,而剩下的内存可以放下下一个数据,则第二个数据不另外分配内存(但是地址必须是从这个数据类型大小的整数倍开始,看下面的struct C),否则重新分配一个最大类型的内存。(个人觉得这种方法比较好理解!)
例3.
struct A{ struct B{ struct C{ int a; int a; int a; char b; double b; char b; double c; char c; short c; }; }; char d; }
对于结构体A:
因为A中最大的数据类型是double,占8个字节。所以系统先分配8个字节用来放int,结果int只需要4个就够了,然后剩下的4个字节中的1个可以用来放后面的char,碰到double c时,因为此时的3个字节不能存下,所以再分配了一个8个字节来存放double c。因此A占用16个字节。
对于结构体B:
系统碰到int分给他8个字节存放,碰到double时,剩下的4个字节不足以存放,所以再分配了8个字节,再遇到char时又分配了8个字节,这样B共分配了24个字节。(系统其实是浪费了5个字节的空间)
比较A和B,只有变量定义的顺序不一样,结果占用的内存空间也不一样。所以,结构体里面最好按照类型从小到大的顺序来排列,以免浪费空间。
对于结构体C:
按照上述方法,最大的数据类型是int,占4个字节,系统先分配4个字节(0~3);再分配4个字节(4~7),存放char b;short c占2个字节,但是必须从2的整数倍开始,所以应当分配(6~7),中间空余1个字节;char d占1个字节,但是上次分配的4字节用完了,所以需要再分配4个字节存放char d,d只占用1个字节,所以剩下3个字节空闲。sizeof(struct C)=12。
2. C++中的结构体与类的区别
C中的结构体不允许有函数,而C++中的结构体允许。
类与结构体在C++中只有两点区别,除此这外无任何区别。
1)class中默认的成员访问权限是private的,而struct中则是public的。
2)从class继承默认是private继承,而从struct继承默认是public继承。
3. 联合union
3.1 定义
联合(又叫共用体)是一种特殊形式的变量,使用关键字union来定义 ,它的声明与变量定义与结构体十分相似。其形式为:
union 联合名
{
数据类型 成员名;
数据类型 成员名;
...
} 变量名;
联合表示几个变量共用一个内存位置,在不同的时间保存不同的数据类型和不同长度的变量。在union中,所有的联合成员共用一个空间,并且同一时间只能储存其中一个成员变量的值。
3.2 联合的内存分配
Union的大小为其内部所有变量的最大值,并且按照类型最大值的整数倍进行内存对齐。
union A union B union C union D { { { { char c[10]; char c[10]; char c[10]; char c; char cc1; int i; double d; int i; }u1; }u2; }u3; double d; }u4;
union A :首先按照char c[10]分配10个字节,然后按照char的1个字节对齐,最终sizeof(u1)=10; union B :首先按照char c[10]分配10个字节,然后按照int的4个字节对齐,最终sizeof(u2)=12; (大于等于10且能被4整除的最小的数,即12)
union C :首先按照char c[10]分配10个字节,然后按照doube的8个字节对齐,最终sizeof(u3)=16;(大于等于10且能被8整除的最小的数,即16)
union D:按照double分配8个字节,最终sizeof(u4)=8;
3.3 应用
在C/C++程序的编写中,当多个基本数据类型或复合数据结构要占用同一片内存时,我们要使用联合体;当多种类型,多个对象,多个事物只取其一时(我们姑且通俗地称其为“n 选1”),我们也可以使用联合体来发挥其长处。
union myun { struct { int x; int y; int z; }u; int k; }a; int main() { a.u.x =4; a.u.y =5; a.u.z =6; a.k = 0; printf("%d %d %d\n",a.u.x,a.u.y,a.u.z); return 0; }
union类型是共享内存的,以size最大的结构作为自己的大小,这样的话,myun这个结构就包含u这个结构体,而大小也等于u这个结构体的大小,在内存中的排列为声明的顺序x,y,z从低到高,然后赋值的时候,在内存中,就是x的位置放置4,y的位置放置5,z的位置放置6,现在对k赋值,对k的赋值因为是union,要共享内存,所以从union的首地址开始放置,首地址开始的位置其实是x的位置,这样原来内存中x的位置就被k所赋的值代替了,就变为0了,这个时候要进行打印,就直接看内存里就行了,x的位置也就是k的位置是0,而y,z的位置的值没有改变,所以应该是0,5,6。
4.结构体和联合的区别:
1)联合和结构体都是由多个不同的数据类型成员组成,但在任何同一时刻,联合只存放了一个被选中的成员,而结构体的所有成员都存在。
2)对于联合的不同成员赋值,将会对其它成员重写,原来成员的值就不存在了,而对于结构体的不同成员赋值是互不影响的。