结构体和共用体的使用及注意事项

一、结构体

1.结构体的作用

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，而是多种数据组合起来的一个整体，其表现形式就是一个结构体。

2.结构体的定义

结构体：是指定义相应的数据结构及相应的变量。

结构体如下所示，



其中，struct是结构体关键字，一定不能省略。node是结构体名，可以省略，成为无名结构体。结构体成员可以使基本类型或者构造类型。

3.变量用 . 访问，指针用 -> 访问。eg. node.num = 1; node->name = "abc";

4.字对齐和半字对齐

我们通过一两个例子来进行分析

#include <stdio.h>

struct node
{
char a;
short b;
char c;
};

int main()
{
struct node Node;

printf("the size of node is %d\n", sizeof(Node));

return 0;
}

我们知道结构体分配的空间为所有成员分配的空间之和。如果按这种理解，那么分配的空间大小为 1 + 2 + 1 = 4。但是结果真的是这样吗？

[root@localhost 0814]# ./a.out
the size of node is 6

为什么结果和我们想象的不太一样呢？说明分配空间的时候并不是这样分配。

#include <stdio.h>

struct node
{
char a;
short b;
int c;
char d;
};

int main()
{
struct node Node;

printf("the size of node is %d\n", sizeof(Node));

return 0;
}

结果是什么呢？

[root@localhost 0814]# ./a.out
the size of node is 12

我猜测这里是 2 + 2 + 4 + 4 = 12。为什么会是这样的呢？这是内存对齐的结果。那什么是内存对齐呢？

从理论上讲，对于任何变量的访问都可以从任何地址开始访问，但事实上不是如此，实际上访问特定类型的变量只能在特定的地址访问，这就需要各个变量在空间上按一定的规则排列，而不是简单地顺序排列，这就是内存对齐。

在第一道例题中，



在计算机内存中，只有字对齐和半字对齐。1 字 = 2 个半字 = 4 个字节！（这里默认为32位机）。所以当出现short的时候，就会以半字进行对齐。当出现 int的时候就会以字进行对齐。

在第二道例题中，



这样的内存分配会使内存资源的使用上存在缺陷，那么我们将如何减少这种内存空洞呢？

5.内存空洞

将相同的数据类型放在一起可以减少内存空洞，使内存资源利用更有效。

二、共用体

1.特点

用覆盖技术，几个变量相互覆盖，从而使几个不同变量共占一段内存的结构。共用体的所有成员都在一段内存中存放，起始地址一样，并且同一时刻只能使用其中的一个成员变量。

2.定义

共用体如下所示，



其中union是共用体关键字，不能省略。node是共用体名。

3.共用内存空间

#include <stdio.h>

union node
{
int a;
char b;
};

int main()
{
union node Node;

Node.a = 1;

printf("b = %d\n", Node.b);

return 0;
}

对共用体中的a进行赋值，共用体中的b也可以使用。

[root@localhost 0814]# ./a.out
b = 1

4.大端字节序和小段字节序



5.利用共用体测试机器的大小端格式

#include <stdio.h>

union node
{
int a;
char b;
};

int main()
{
union node Node;

Node.a = 0x12345678;

printf("b = %x\n", Node.b);

return 0;
}
[root@localhost 0814]# ./a.out
b = 78

从这里可以看出，我测试的机器是小端字节序。