結構體

一、了解結構體

在C語言中,除了最常見用的數據類型,字符類型(char)、整數類型(short、int、long )、實型(float、double)......最常見也是最經典的還有一種數據類型,那就是結構體。

二、結構體經典面試題:

(1)什么是結構體?
(2)一般在什么情況下用到結構體?
(3)什么是結構體內存對齊?為什么要對齊?怎樣對齊?
(4)對齊參數如何設置?可以設置為按照任意字節數對齊嗎?
(5)如何知道結構體某個成員相對于結構體起始位置的偏移量?

三、 下面,我們圍繞以上提出的6個問題來解釋結構體。

(1)什么是結構體?
定義:結構體是一系列數據的集合這些數據可能描述了一個物體,也可能是對一個問題的抽象。舉個栗子,簡單的說,對于人,人有名字,性別,年齡,身高,體重等個人信息,那么,我們在定義這種個體的時候,就不能說它能用一個字符或整型變量來定義。 這時候,就需要結構體閃亮登場了。
eg:

struct People {
    char name[20];
    int age;
    char gender[3];
    float height;
};

(2)一般在什么情況下用到結構體?

  • a、一般當內置內存無法滿足用戶需要,沒有合適類型對應對象時,需要封裝特定的類型
  • b、當函數有多個參數時,返回值過多,需要封裝特定類型,將參數打包返回。

(3)什么是結構體內存對齊?為什么要對齊?怎樣對齊?
eg:

struct A {
    int a;
    char b;
    double c;
    char d;
};

解析:
在windows系統32位平臺上:
int占4個字節
char占1個字節
float占4個字節
double占8個字節
int a從0偏移開始,占四個字節,即占用0,1,2,3,現在可用偏移為4偏移,接下來存char b; 由于4是1的倍數,故而,b占用4偏移,接下來可用偏移為5偏移,接下來該存double c; 由于5不是8的倍數,所以向后偏移5,6,7,都不是8的倍數,偏移到8時,8是8的倍數,故而c從8處開始存儲,占用8,9,10,11,12,13,14,15偏移,現在可用偏移為16偏移,最后該存char d ;因為16是1的倍數,故d占用16偏移,接下來在整體向后偏移一位,現處于17偏移,min(默認對齊參數,類型最大字節數)=8;因為17不是8的倍數,所以繼續向后偏移18…23都不是8的倍數,到24偏移處時,24為8的整數倍,故而,該結構體大小為24個字節。


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方法總結:

  • a、從零偏移處開始,按字節大小計算,判斷此偏移地址是否為該成員變量和對齊參數兩者之間的最小值,即min(對齊參數,sizeof()成員);
  • b、若是,則從此處開始占用內存,大小為該類型所占字節數值,若不是,則內存向后偏移到最小值整數倍處,再開始占用空間。
  • c、按a、b、兩步驟算出結構體實際所占內存時,為了方便后面類型的存儲,再向后偏移一位,然后判斷該地址是否是默認對齊數與該結構體中最大類型所占字節數的最小值 ,即:min(默認對齊參數,類型最大字節數)的整數倍,若是,則當前偏移地址的字節數便是結構體大小,若不是,繼續向后偏移,直至為最小值整數倍為止。

(4)對齊參數如何設置?可以設置為按照任意字節數對齊嗎?
解析:在windows中,VS編譯器下,默認對齊數為8;
在Linux中,默認對齊數為4
設置對齊參數可在結構體struct之前加上#pragma pack(對齊數),在struct之后加上#pragma pack;便可以設置對齊參數。
eg:

#pragma pack(4)
struct A {
    int a;
    char b;
    double c;
    char d;
};
#pragma pack;

對齊參數不能任意設置,只能是內置類型已有的字節數,如:char(1)、short(2),int(4),double(8)…不能是3,5…任意數。

(5)如何知道結構體某個成員相對于結構體起始位置的偏移量?
使用offsetof宏來判斷結構體中成員的偏移地址。使用offsetof宏需要包含stddef.h頭文件,該宏定義如下:

#define offsetof(type,menber) (size_t)&(((type*)0)->member)

巧妙之處在于將地址0強制轉換為type類型的指針,從而定位到member在結構體中偏移位置,編譯器認為0是一個有效的地址,從而認為0是type指針的起始地址。

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