结构体-C语言
最编程
2024-03-26 22:03:41
...
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前言
一、定义结构
结构体变量的创建和初始化
二、结构的特殊声明
特别注意:
结构的⾃引⽤
三、结构体内存对⻬
对⻬规则
优化结构体
#pragma
结构体传参
四、结构体实现位段
位段的内存分配
位段的跨平台问题
前言
C 数组允许定义可存储相同类型数据项的变量,结构是 C 编程中另一种用户自定义的可用的数据类型,它允许您存储不同类型的数据项。
结构体中的数据成员可以是基本数据类型(如 int、float、char 等),也可以是其他结构体类型、指针类型等。
一、定义结构
结构体定义由关键字 struct 和结构体名组成,结构体名可以根据需要自行定义。
结构是⼀些值的集合,这些值称为成员变量。结构的每个成员可以是不同类型的变量。
例如:
struct Stu
{
char name[20];//名字
int age;//年龄
char sex[5];
char id[20];//学号
};
结构体变量的创建和初始化
#include <stdio.h>
struct Stu
{
char name[20];//名字
int age;//年龄
char sex[5];//性别
char id[20];//学号
};
int main()
{
//按照结构体成员的顺序初始化
struct Stu s = { "张三", 20, "男", "20230818001" };
printf("name: %s\n", s.name);
printf("age : %d\n", s.age);
printf("sex : %s\n", s.sex);
printf("id : %s\n", s.id);
//按照指定的顺序初始化
struct Stu s2 = { .age = 18, .name = "lisi", .id = "20230818002", .sex =
"⼥" };
printf("name: %s\n", s2.name);
printf("age : %d\n", s2.age);
printf("sex : %s\n", s2.sex);
printf("id : %s\n", s2.id);
return 0;
}
二、结构的特殊声明
在声明结构的时候,可以不完全的声明。
⽐如:
//
匿名结构体类型
struct
{
int
a;
char
b;
float c;
}x;
struct
{
int
a;
char
b;
float
c;
}a[
20
], *p;
特别注意:
编译器会把上⾯的两个声明当成完全不同的两个类型,所以是⾮法的。
匿名的结构体类型,如果没有对结构体类型重命名的话,基本上只能使⽤⼀次。
结构的⾃引⽤
例如,定义⼀个链表的节点:
struct Node
{
int data;
struct Node next;
};
仔细分析,其实是不⾏的,因为⼀个结构体中再包含⼀个同类型的结构体变量,这样结构体变量的⼤ ⼩就会⽆穷的⼤,是不合理的。
正确的⾃引⽤⽅式:
struct Node
{
int data;
struct Node* next;
};
三、结构体内存对⻬
对⻬规则
⾸先得掌握结构体的对⻬规则:
1. 结构体的第⼀个成员对⻬到和结构体变量起始位置偏移量为0的地址处
2. 其他成员变量要对⻬到某个数字(对⻬数)的整数倍的地址处。
对⻬数 = 编译器默认的⼀个对⻬数 与 该成员变量⼤⼩的较⼩值。
-
VS
中默认的值为
8
- Linux中 gcc 没有默认对⻬数,对⻬数就是成员⾃⾝的⼤⼩
3. 结构体总⼤⼩为最⼤对⻬数(结构体中每个成员变量都有⼀个对⻬数,所有对⻬数中最⼤的)的
整数倍。
4. 如果嵌套了结构体的情况,嵌套的结构体成员对⻬到⾃⼰的成员中最⼤对⻬数的整数倍处,结构
体的整体⼤⼩就是所有最⼤对⻬数(含嵌套结构体中成员的对⻬数)的整数倍。
优化结构体
那在设计结构体的时候,我们既要满⾜对⻬,⼜要节省空间,如何做到:
//例如:
struct S1
{
char c1;
int i;
char c2;
};
struct S2
{
char c1;
char c2;
int i;
};
#pragma
#pragma
这个预处理指令,可以改变编译器的默认对⻬数。
#include <stdio.h>
#pragma pack(1)//设置默认对⻬数为1
struct S
{
char c1;
int i;
char c2;
};
#pragma pack()//取消设置的对⻬数,还原为默认
int main()
{
printf("%d\n", sizeof(struct S));
return 0;
}
结构体传参
struct
S
{
int
data[
1000
];
int
num;
};
struct
S s
= {{
1
,
2
,
3
,
4
},
1000
};
//
结构体传参
void
print1
(
struct
S s)
{
printf
(
"%d\n"
, s.num);
}
//
结构体地址传参
void
print2
(
struct
S* ps)
{
printf
(
"%d\n"
, ps->num);
}
int
main
()
{
print1(s);
//
传结
构体
print2(&s);
//
传地址
return
0
;
}
print2函数是要优于print1函数的
原因:
函数传参的时候,参数是需要压栈,会有时间和空间上的系统开销。
如果传递⼀个结构体对象的时候,结构体过⼤,参数压栈的的系统开销⽐较⼤,所以会导致性能的下降
总结:
结构体传参的时候,要传结构体的地址。
四、结构体实现位段
位段的声明和结构是类似的,有两个不同:
1.
位段的成员必须是
int
、
unsigned int
或
signed int
,在C99中位段成员的类型也可以
选择其他类型。
2.
位段的成员名后边有⼀个冒号和⼀个数字。
例如:
struct A
{
int _a:2;
int _b:5;
int _c:10;
int _d:30;
};
位段的内存分配
1.
位段的成员可以是
int unsigned int signed int
或者是
char
等类型
2.
位段的空间上是按照需要以4个字节(
int
)或者1个字节(
char
)的⽅式来开辟的。
3.
位段涉及很多不确定因素,位段是不跨平台的,注重可移植的程序应该避免使⽤位段。
struct S
{
char a:3;
char b:4;
char c:5;
char d:4;
};
struct S s = {0};
s.a = 10;
s.b = 12;
s.c = 3;
s.d = 4;
位段的跨平台问题
1. int 位段被当成有符号数还是⽆符号数是不确定的。
2.
位段中最⼤位的数⽬不能确定。(16位机器最⼤16,32位机器最⼤32,写成27,在16位机器会
出问题。
3.
位段中的成员在内存中从左向右分配,还是从右向左分配,标准尚未定义。
4.
当⼀个结构包含两个位段,第⼆个位段成员⽐较⼤,⽆法容纳于第⼀个位段剩余的位时,是舍弃
剩余的位还是利⽤,这是不确定的。
总结:
跟结构相⽐,位段可以达到同样的效果,并且可以很好的节省空间,但是有跨平台的问题存在。
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一种结构设计模式,允许在对象中动态添加新行为。它通过创建一个封装器来实现这一目的,即把对象放入一个装饰器类中,然后把这个装饰器类放入另一个装饰器类中,以此类推,形成一个封装器链。这样,我们就可以在不改变原始对象的情况下动态添加新行为或修改原始行为。 在 Java 中,实现装饰器设计模式的步骤如下: 定义一个接口或抽象类作为被装饰对象的基类。 公共接口 Component { void operation; } } 在本例中,我们定义了一个名为 Component 的接口,该接口包含一个名为 operation 的抽象方法,该方法定义了被装饰对象的基本行为。 定义一个实现基类方法的具体装饰对象。 公共类 ConcreteComponent 实现 Component { public class ConcreteComponent implements Component { @Override public void operation { System.out.println("ConcreteComponent is doing something...") ; } } 定义一个抽象装饰器类,该类继承于基类,并将装饰对象作为一个属性。 公共抽象类装饰器实现组件 { protected Component 组件 public Decorator(Component component) { this.component = component; } } @Override public void operation { component.operation; } } } 在这个示例中,我们定义了一个名为 Decorator 的抽象类,它继承了 Component 接口,并将被装饰对象作为一个属性。在操作方法中,我们调用了被装饰对象上的同名方法。 定义一个具体的装饰器类,继承自抽象装饰器类并实现增强逻辑。 公共类 ConcreteDecoratorA extends Decorator { public ConcreteDecoratorA(Component 组件) { super(component); } } public void operation { super.operation System.out.println("ConcreteDecoratorA 正在添加新行为......") ; } } 在本例中,我们定义了一个名为 ConcreteDecoratorA 的具体装饰器类,它继承自装饰器抽象类,并实现了操作方法的增强逻辑。在操作方法中,我们首先调用被装饰对象上的同名方法,然后添加新行为。 使用装饰器增强被装饰对象。 公共类 Main { public static void main(String args) { Component 组件 = new ConcreteComponent; component = new ConcreteDecoratorA(component); 组件操作 } } 在这个示例中,我们首先创建了一个被装饰对象 ConcreteComponent,然后通过 ConcreteDecoratorA 类创建了一个装饰器,并将被装饰对象作为参数传递。最后,调用装饰器的操作方法,实现对被装饰对象的增强。 使用场景 在 Java 中,装饰器模式被广泛使用,尤其是在 I/O 中。Java 中的 I/O 库使用装饰器模式实现了不同数据流之间的转换和增强。 让我们打开文件 a.txt,从中读取数据。InputStream 是一个抽象类,FileInputStream 是专门用于读取文件流的子类。BufferedInputStream 是一个支持缓存的数据读取类,可以提高数据读取的效率,具体代码如下: @Test public void testIO throws Exception { InputStream inputStream = new FileInputStream("C:/bbb/a.txt"); // 实现包装 inputStream = new BufferedInputStream(inputStream); byte bytes = new byte[1024]; int len; while((len = inputStream.read(bytes)) != -1){ System.out.println(new String(bytes, 0, len)); } } } } 其中 BufferedInputStream 对读取数据进行了增强。 这样看来,装饰器设计模式和代理模式似乎有点相似,接下来让我们讨论一下它们之间的区别。 第三,与代理模式的区别: 代理模式的目的是控制对对象的访问,它在对象外部提供一个代理对象来控制对原对象的访问。代理对象和原始对象通常实现相同的接口或继承相同的类,以确保两者可以相互替换。 装饰器模式的目的是动态增强对象的功能,而这是通过对象内部的包装器来实现的。在装饰器模式中,装饰器类和被装饰对象通常实现相同的接口或继承自相同的类,以确保两者可以相互替代。装饰器模式也被称为封装器模式。 在代理模式中,代理类附加了与原类无关的功能。
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