c语言 结构(struct)和联合(union)简介
2008-09-17 16:50
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c语言 结构(struct)和联合(union)简介
2008年08月27日 星期三 23:19
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1. struct的巨大作用 面对一个人的大型C/C++程序时,只看其对struct的使用情况我们就可以对其编写者的编程经验进行评估。因为一个大型的C/C++程序,势必要 涉及一些(甚至大量)进行数据组合的结构体,这些结构体可以将原本意义属于一个整体的数据组合在一起。从某种程度上来说,会不会用struct,怎样用 struct是区别一个开发人员是否具备丰富开发经历的标志。在网络协议、通信控制、嵌入式系统的C/C++编程中,我们经常要传送的不是简单的字节流(char型数组),而是多种数据组合起来的一个整体,其表现形式是一个结构体。经验不足的开发人员往往将所有需要传送的内容依顺序保存在char型数组中,通过指针偏移的方法传送网络报文等信息。这样做编程复杂,易出错,而且一旦控制方式及通信协议有所变化,程序就要进行非常细致的修改。 一个有经验的开发者则灵活运用结构体,举一个例子,假设网络或控制协议中需要传送三种报文,其格式分别为packetA、packetB、packetC: struct structA { int a; char b; }; struct structB { char a; short b; }; struct structC { int a; char b; float c; } 优秀的程序设计者这样设计传送的报文: struct CommuPacket { int iPacketType; //报文类型标志 union //每次传送的是三种报文中的一种,使用union { struct structA packetA; struct structB packetB; struct structC packetC; } }; 在进行报文传送时,直接传送struct CommuPacket一个整体。 假设发送函数的原形如下: // pSendData:发送字节流的首地址,iLen:要发送的长度 Send(char * pSendData, unsigned int iLen); 发送方可以直接进行如下调用发送struct CommuPacket的一个实例sendCommuPacket: Send( (char *)&sendCommuPacket , sizeof(CommuPacket) ); 假设接收函数的原形如下: // pRecvData:发送字节流的首地址,iLen:要接收的长度 //返回值:实际接收到的字节数 unsigned int Recv(char * pRecvData, unsigned int iLen); 接收方可以直接进行如下调用将接收到的数据保存在struct CommuPacket的一个实例 recvCommuPacket中: Recv( (char *)&recvCommuPacket , sizeof(CommuPacket) ); 接着判断报文类型进行相应处理: switch(recvCommuPacket. iPacketType) { case PACKET_A: … //A类报文处理 break; case PACKET_B: … //B类报文处理 break; case PACKET_C: … //C类报文处理 break; } 以上程序中最值得注意的是 Send( (char *)&sendCommuPacket , sizeof(CommuPacket) ); Recv( (char *)&recvCommuPacket , sizeof(CommuPacket) ); 中的强制类型转换:(char *)&sendCommuPacket、(char *)&recvCommuPacket,先取地址,再转化为char型指针,这样就可以直接利用处理字节流的函数。 利用这种强制类型转化,我们还可以方便程序的编写,例如要对sendCommuPacket所处内存初始化为0,可以这样调用标准库函数memset(): memset((char *)&sendCommuPacket,0, sizeof(CommuPacket)); 2. struct的成员对齐 Intel、微软等公司曾经出过一道类似的面试题: 1. #i nclude <iostream.h> 2. #pragma pack(8) 3. struct example1 4. { 5. short a; 6. long b; 7. }; 8. struct example2 9. { 10. char c; 11. example1 struct1; 12. short e; 13. }; 14. #pragma pack() 15. int main(int argc, char* argv[]) 16. { 17. example2 struct2; 18. cout << sizeof(example1) << endl; 19. cout << sizeof(example2) << endl; 20. cout << (unsigned int)(&struct2.struct1) - (unsigned int)(&struct2) << endl; 21. return 0; 22. } 问程序的输入结果是什么? 答案是: 8 16 4 不明白?还是不明白?下面一一道来: 2.1 自然对界 struct是一种复合数据类型,其构成元素既可以是基本数据类型(如int、long、float等)的变量,也可以是一些复合数据类型(如 array、struct、union等)的数据单元。对于结构体,编译器会自动进行成员变量的对齐,以提高运算效率。缺省情况下,编译器为结构体的每个 成员按其自然对界(natural alignment)条件分配空间。各个成员按照它们被声明的顺序在内存中顺序存储,第一个成员的地址和整个结构的地址相同。 自然对界(natural alignment)即默认对齐方式,是指按结构体的成员中size最大的成员对齐。 例如: struct naturalalign { char a; short b; char c; }; 在上述结构体中,size最大的是short,其长度为2字节,因而结构体中的char成员a、c都以2为单位对齐,sizeof(naturalalign)的结果等于6; 如果改为: struct naturalalign { char a; int b; char c; }; 其结果显然为12。 2.2指定对界 一般地,可以通过下面的方法来改变缺省的对界条件: · 使用伪指令#pragma pack (n),编译器将按照n个字节对齐; · 使用伪指令#pragma pack (),取消自定义字节对齐方式。 注意:如果#pragma pack (n)中指定的n大于结构体中最大成员的size,则其不起作用,结构体仍然按照size最大的成员进行对界。 例如: #pragma pack (n) struct naturalalign { char a; int b; char c; }; #pragma pack () 当n为4、8、16时,其对齐方式均一样,sizeof(naturalalign)的结果都等于12。而当n为2时,其发挥了作用,使得sizeof(naturalalign)的结果为8。 在VC++ 6.0编译器中,我们可以指定其对界方式,其操作方式为依次选择projetct >setting > C/C++菜单,在struct member alignment中指定你要的对界方式。 图1:在VC++ 6.0中指定对界方式 另外,通过__attribute((aligned (n)))也可以让所作用的结构体成员对齐在n字节边界上,但是它较少被使用,因而不作详细讲解。 2.3 面试题的解答 至此,我们可以对Intel、微软的面试题进行全面的解答。 程序中第2行#pragma pack (8)虽然指定了对界为8,但是由于struct example1中的成员最大size为4(long变量size为4),故struct example1仍然按4字节对界,struct example1的size为8,即第18行的输出结果; struct example2中包含了struct example1,其本身包含的简单数据成员的最大size为2(short变量e),但是因为其包含了struct example1,而struct example1中的最大成员size为4,struct example2也应以4对界,#pragma pack (8)中指定的对界对struct example2也不起作用,故19行的输出结果为16; 由于struct example2中的成员以4为单位对界,故其char变量c后应补充3个空,其后才是成员struct1的内存空间,20行的输出结果为4。 3. C和C++间struct的深层区别 在C++语言中struct具有了“类” 的功能,其与关键字class的区别在于struct中成员变量和函数的默认访问权限为public,而class的为private。 例如,定义struct类和class类: struct structA { char a; … } class classB { char a; … } 则: struct A a; a.a = 'a'; //访问public成员,合法 classB b; b.a = 'a'; //访问private成员,不合法 许多文献写到这里就认为已经给出了C++中struct和class的全部区别,实则不然,另外一点需要注意的是: C++中的struct保持了对C中struct的全面兼容(这符合C++的初衷——“a better c”),因而,下面的操作是合法的: //定义struct struct structA { char a; char b; int c; }; structA a = {'a' , 'a' ,1}; // 定义时直接赋初值 即struct可以在定义的时候直接以{ }对其成员变量赋初值,而class则不能,在经典书目《thinking C++ 2nd edition》中作者对此点进行了强调。 4. struct编程注意事项 看看下面的程序: 1. #i nclude <iostream.h> 2. struct structA 3. { 4. int iMember; 5. char *cMember; 6. }; 7. int main(int argc, char* argv[]) 8. { 9. structA instant1,instant2; 10.char c = 'a'; 11. instant1.iMember = 1; 12. instant1.cMember = &c; 13.instant2 = instant1; 14.cout << *(instant1.cMember) << endl; 15.*(instant2.cMember) = 'b'; 16. cout << *(instant1.cMember) << endl; 17. return 0; } 14行的输出结果是:a 16行的输出结果是:b Why?我们在15行对instant2的修改改变了instant1中成员的值! 原因在于13行的instant2 = instant1赋值语句采用的是变量逐个拷贝,这使得instant1和instant2中的cMember指向了同一片内存,因而对instant2的修改也是对instant1的修改。 在C语言中,当结构体中存在指针型成员时,一定要注意在采用赋值语句时是否将2个实例中的指针型成员指向了同一片内存。 在C++语言中,当结构体中存在指针型成员时,我们需要重写struct的拷贝构造函数并进行“=”操作符重载。 --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- c语言中的结构(struct)和联合(union)简介 看到有朋友介绍union,我以前还没有用过这个东西呢,也不懂,就去搜了点资料来看,也转给大家,希望坛子里的给予改正或补充。谢谢! 联 合(union) 1. 联合说明和联合变量定义 联合也是一种新的数据类型, 它是一种特殊形式的变量。 联合说明和联合变量定义与结构十分相似。其形式为: union 联合名{ 数据类型 成员名; 数据类型 成员名; ... } 联合变量名; 联合表示几个变量公用一个内存位置, 在不同的时间保存不同的数据类型 和不同长度的变量。 下例表示说明一个联合a_bc: union a_bc{ int i; char mm; }; 再用已说明的联合可定义联合变量。 例如用上面说明的联合定义一个名为lgc的联合变量, 可写成: union a_bc lgc; 在联合变量lgc中, 整型量i和字符mm公用同一内存位置。 当一个联合被说明时, 编译程序自动地产生一个变量, 其长度为联合中最大的变量长度。 联合访问其成员的方法与结构相同。同样联合变量也可以定义成数组或指针,但定义为指针时, 也要用"->;"符号, 此时联合访问成员可表示成: 联合名->;成员名 另外, 联合既可以出现在结构内, 它的成员也可以是结构。 例如: struct{ int age; char *addr; union{ int i; char *ch; }x; }y[10]; 若要访问结构变量y[1]中联合x的成员i, 可以写成: y[1].x.i; 若要访问结构变量y[2]中联合x的字符串指针ch的第一个字符可写成: *y[2].x.ch; 若写成"y[2].x.*ch;"是错误的。 2. 结构和联合的区别 结构和联合有下列区别: 1. 结构和联合都是由多个不同的数据类型成员组成, 但在任何同一时刻, 联合转只存放了一个被选中的成员, 而结构的所有成员都存在。 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, 而对于结构的不同成员赋值是互不影响的。 下面举一个例了来加对深联合的理解。 例4: main() { union{ /*定义一个联合*/ int i; struct{ /*在联合中定义一个结构*/ char first; char second; }half; }number; number.i=0x4241; /*联合成员赋值*/ printf("%c%c/n", number.half.first, number.half.second); number.half.first='a'; /*联合中结构成员赋值*/ number.half.second='b'; printf("%x/n", number.i); getch(); } 输出结果为: AB 6261 从上例结果可以看出: 当给i赋值后, 其低八位也就是first和second的值;当给first和second赋字符后, 这两个字符的ASCII码也将作为i 的低 |
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