[算法题] 计算结构体的大小

计算结构体的大小
     C代码中定义的结构体是一块连续内存，各成员按照定义的顺序依次在其中存放。编译器在完成语法分析后，需要计算它的大小，然后才能正确地为结构体分配空间。为了让结构体的所有成员都能正确、快速地访问，需要字节对齐。

     字节对齐体现为：在成员之间可能增加补齐字节，以调整每个成员的偏移；结构体末尾，也可能增加补充字节。所有补齐字节计入结构体的大小。

     请写一个程序来计算结构体的大小，要考虑字节对齐，同时要支持结构体多层嵌套的情况。

 

结构体大小的计算

成员在结构体内的偏移必须是它的字节对齐值的倍数。

 
l 字节对齐值： 
   1)基本类型char、short、int、double的字节对齐值依次为1、2、4、8。
   2)数组的字节对齐值等于它的一个元素的字节对齐值。
   3)结构体的字节对齐值等于它的所有成员的字节对齐值的最大值。
 
2 大小的计算： 
  1)基本类型char、short、int、double的大小依次为1、2、4、8字节。
  2)数组的大小等于它的一个元素的大小乘以元素个数。
  3)结构体的大小要补齐到它自己的字节对齐值的倍数，补齐字节在末尾。
 

要求

实现以下接口：

1.开始结构体定义 
2.添加基本类型成员
3.添加数组成员 
4.添加嵌套结构体成员
5.结束嵌套结构体成员
6.完成结构体定义，输出它的大小 
 

调用者会保证： 

1.结构体的开始和结束是匹配的。 
2.不需要考虑空的结构体。
3.数组只限于一维的基本类型的数组。 
4.最多20层嵌套（嵌套的情况参考示例）
 
StructSize.h

#ifndef _STRUCT_SIZE_H
#define _STRUCT_SIZE_H

enum Type { CHAR_TYPE, SHORT_TYPE, INT_TYPE, DOUBLE_TYPE };

/*********************** 自定义数据结构 **************************/
typedef struct _tblNode
{
enum Type type;
int  size;
}tblNode;

typedef struct _structType
{
int size;
int align;
}StructType;
/******************************************************************/

/* 功能：开始定义结构体
* 输入：无
* 输出：无
* 返回：正常返回0，失败返回-1
*/
int start_struct(void);

/* 功能：添加基本类型成员
* 输入：类型
* 输出：无
* 返回：正常返回0，失败返回-1
*/
int add_basic_type(enum Type type);

/* 功能：添加数组类型成员
* 输入：type：数组元素类型
* 　　　number：数组元素数
* 输出：无
* 返回：正常返回0，失败返回-1
*/
int add_array(enum Type type, unsigned int number);

/* 功能：添加嵌套结构体成员
* 输入：无
* 输出：无
* 返回：正常返回0，失败返回-1
*/
int begin_nested_struct(void);

/* 功能：结束嵌套结构体成员
* 输入：无
* 输出：无
* 返回：正常返回0，失败返回-1
*/
int end_nested_struct(void);

/* 功能：完成结构体定义，计算它的大小
* 输入：无
* 输出：size：结构体大小
* 返回：正常返回0，失败返回-1
*/
int finish_struct(unsigned int *size);

#endif

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StructSize.cpp

// StructSize.cpp : 定义控制台应用程序的入口点。
//

#include "stdafx.h"
#include "StructSize.h"
#include <stdio.h>

#define PRINT_ON 0

tblNode g_tbl[] =
{
{CHAR_TYPE,   1},
{SHORT_TYPE,  2},
{INT_TYPE,    4},
{DOUBLE_TYPE, 8},
};

StructType g_astResult[20] = {0};
int g_iIndex = 0;

void Print(void)
{
#if PRINT_ON
printf("\nsize = %d \t align = %d", g_astResult[g_iIndex].size, g_astResult[g_iIndex].align);
#endif
}

/* 功能：开始定义结构体
* 输入：无
* 输出：无
* 返回：正常返回0，失败返回-1
*/
int start_struct(void)
{
g_iIndex = 0;
g_astResult[g_iIndex].size  = 0;
g_astResult[g_iIndex].align = 1;
return 0;
}

/* 功能：添加基本类型成员
* 输入：类型
* 输出：无
* 返回：正常返回0，失败返回-1
*/
int add_basic_type(enum Type type)
{
int iSize = 0;

if (type > DOUBLE_TYPE)
{
return -1;
}

iSize = g_tbl[type].size;
while (0 != g_astResult[g_iIndex].size % iSize)
{
g_astResult[g_iIndex].size++;
}

g_astResult[g_iIndex].size += iSize;
g_astResult[g_iIndex].align = (g_astResult[g_iIndex].align > iSize) ? g_astResult[g_iIndex].align : iSize;

Print();
return 0;
}

/* 功能：添加数组类型成员
* 输入：type：数组元素类型
* 　　　number：数组元素数
* 输出：无
* 返回：正常返回0，失败返回-1
*/
int add_array(enum Type type, unsigned int number)
{
int iSize = 0;

if (type > DOUBLE_TYPE)
{
return -1;
}

iSize = g_tbl[type].size;
while (0 != g_astResult[g_iIndex].size % iSize)
{
g_astResult[g_iIndex].size++;
}

g_astResult[g_iIndex].size += iSize * number;
g_astResult[g_iIndex].align = (g_astResult[g_iIndex].align > iSize) ? g_astResult[g_iIndex].align : iSize;

Print();
return 0;
}

/* 功能：添加嵌套结构体成员
* 输入：无
* 输出：无
* 返回：正常返回0，失败返回-1
*/
int begin_nested_struct(void)
{
g_iIndex++;
g_astResult[g_iIndex].size  = 0;
g_astResult[g_iIndex].align = 1;

Print();
return 0;
}

/* 功能：结束嵌套结构体成员
* 输入：无
* 输出：无
* 返回：正常返回0，失败返回-1
*/
int end_nested_struct(void)
{
int iFatherStructSize = 0;
int iSonStructSize = 0;

while (g_astResult[g_iIndex].size % g_astResult[g_iIndex].align != 0)
{
g_astResult[g_iIndex].size++;
}
g_iIndex--;

if (g_iIndex >= 0)
{
iFatherStructSize = g_astResult[g_iIndex].align;
iSonStructSize    = g_astResult[g_iIndex + 1].align;
g_astResult[g_iIndex].align = (iFatherStructSize > iSonStructSize) ? iFatherStructSize : iSonStructSize;
while(g_astResult[g_iIndex].size% g_astResult[g_iIndex].align != 0)
{
g_astResult[g_iIndex].size++;
}
g_astResult[g_iIndex].size += g_astResult[g_iIndex + 1].size;
}

Print();
return 0;
}

/* 功能：完成结构体定义，计算它的大小
* 输入：无
* 输出：size：结构体大小
* 返回：正常返回0，失败返回-1
*/
int finish_struct(unsigned int *size)
{
if (0 != g_iIndex)
{
return -1;
}

while (0 != g_astResult[g_iIndex].size % g_astResult[g_iIndex].align)
{
g_astResult[g_iIndex].size++;
}
*size = g_astResult[g_iIndex].size;

Print();
return 0;
}

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main.cpp

// StructSize.cpp : 定义控制台应用程序的入口点。
//

#include "stdafx.h"
#include "StructSize.h"
#include <iostream>

void CPPUNIT_ASSERT(int iRet)
{
if (0 == iRet)
{
printf("ERROR!\r\n");
system("pause");
}
}

void TestCase01()
{
unsigned int size;
CPPUNIT_ASSERT(0 == start_struct());
CPPUNIT_ASSERT(0 == add_basic_type(INT_TYPE));
CPPUNIT_ASSERT(0 == begin_nested_struct());
CPPUNIT_ASSERT(0 == add_basic_type(SHORT_TYPE));
CPPUNIT_ASSERT(0 == begin_nested_struct());
CPPUNIT_ASSERT(0 == add_basic_type(DOUBLE_TYPE));
CPPUNIT_ASSERT(0 == end_nested_struct());
CPPUNIT_ASSERT(0 == end_nested_struct());
CPPUNIT_ASSERT(0 == add_array(CHAR_TYPE, 2));
CPPUNIT_ASSERT(0 == finish_struct(&size));
CPPUNIT_ASSERT(size == 32);
printf("TestCase01 Ok!\r\n");
}

void TestCase02()
{
unsigned int size = 0;
CPPUNIT_ASSERT(0 == start_struct());
CPPUNIT_ASSERT(0 == add_basic_type(INT_TYPE));
CPPUNIT_ASSERT(0 == add_basic_type(DOUBLE_TYPE));
CPPUNIT_ASSERT(0 == add_basic_type(SHORT_TYPE));
CPPUNIT_ASSERT(0 == add_array(CHAR_TYPE, 3));
CPPUNIT_ASSERT(0 == finish_struct(&size));
CPPUNIT_ASSERT(size == 24);
printf("TestCase02 Ok!\r\n");
}

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
TestCase01();
TestCase02();
return 0;
}

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