內存對齊與自定義類型

1、內存對齊

  （一）、爲何會有內存對齊？

    一、爲了提升程序的性能，數據結構（尤爲是棧）應該儘量的在天然邊界上對齊。緣由是爲了訪問未對齊的內存，處理器須要進行兩次訪問，而訪問對齊的內存，只須要一次就夠了。這種方式稱做「以空間換時間」在不少對時間複雜度有要求問題中，會採用這種方法。

  

  二、內存對齊可以增長程序的可移植性，由於不是全部的平臺都能隨意的訪問內存，有些平臺只能在特定的地址到處讀取內存。

   通常狀況下內存對齊是編譯器的事情，咱們不須要考慮，但有些問題仍是須要考慮的，畢竟c/c++是直接操做內存的語言，須要瞭解程序在內存中的分佈和運行原理。

（二）、內存對齊：那麼如何對齊呢？

    對齊原則：數據存放的起始位置是自身大小的整數倍處。

    例：內存從0地址處開始。

       char1個字節，因此對齊後它能夠存放到地址是1的倍數處。

       short2個字節，因此對齊後它能夠存放到地址是2的倍數處。

       int是4個字節，因此對齊後它能夠存放到地址是4的倍數處。

       double是8個字節，因此對齊後它能夠存放到地址是8的倍數處。

如今相信你已經明白了內存對齊的原則，接下來咱們看看結構體內存對齊。

（三）、在瞭解結構體內存對齊以前先來了解幾個概念：

    一、默認對齊數:在vs下內存對齊數默認是8，linux是4.能夠經過#program pack  ()來修改默認對齊數。

    二、偏移：相對於起始位置的的位置。例如起始位置是2，那麼2就是0偏移處，3就是1偏移處。

   三、對齊數：變量自身的大小和默認對齊數之中的最小值。假設默認對齊數是8，int類型的對齊數就是4.由於int大小是4，小於8

2、結構體內存對齊原則：

  一、結構或聯合的數據成員，第一個成員放到0偏移的地方，之後每一個數據成員都放到自身對齊數的整數倍偏移處。

  二、結構體的大小必須是最大對齊數的整數倍。

   例1：

       struct stu

       {

         char   c;          //對齊數是1

         short  b;          //對齊數是2

         double d;           //對齊數是8

         int     i;         //對齊數是4

       };

   例2：

       struct stu

       {

          char   c;          //對齊數是1

          short  b;          //對齊數是2

          struct A

          {

             double d;        //對齊數是8

          };

          int     i;         //對齊數是4

       }s;

    嵌套結構體的大小，其分析方法仍是同樣，最大對齊數是8，sizeof(s)=24。

3、自定義類型 

（一）、結構體聲明

   一、沒有標籤，不完整的聲明。同時還定義一個變量。

                    struct

                   {

                          charc;

                           shortb;

                           inti;

                    }t1;

   二、有標籤的聲明，但沒定義變量的聲明。

                   struct    A

                  {

                      charc;

                      shortb;

                      inti;

                  };

     //定義一個變量struct A *s1; 

     //注意，在同一個程序中，同時聲明一、2兩個結構體，則一、2兩個結構體會被認爲是不一樣類型的。因此 s1=&t1是錯誤的。

   三、有標籤的聲明，同時還定義一個變量。

                    struct    A

                   {

                        charc;

                        shortb;

                        inti;

                    }t3;

   四、聲明的同時對結構體重命名爲A.

                     typedef  struct    A

                    {

                         charc;

                         shortb;

                         inti;

                     }A;

   五、先有雞仍是先有蛋

                       struct B                                     //不管哪一個放到前面都不對

                      {

                           structAa;

                       }s;

                       structA

                        {

                           structBb;

                         };

   若是兩個結構體相互嵌套，則在聲明的時候須要對其中一個結構體進行不完整的聲明。

                          structA;

                          struct B

                             {

                                   structAa;

                              }s;

                         structA

                             {

                                    structBb;

                             };

（二）、結構體的初始化：

     例如：

                   typedef  struct    A

                  {

                       charc;

                       shortb;

                       inti;

                  }A;

                 As1 = {'c', 2 ,  4  };

（三）、結構體的自引用：（結構體的自引用一般會用在鏈表這種線性結構中用到）

   

  一、錯誤的自引用方式，很容易理解的，結構體裏面又有結構體，這樣一直循環下去。（從前有座廟，廟裏有個老和尚，老和尚給小和尚講故事..........^v^）

                     typedef struct   A

                      {

                             intdata;

                             structAn;                                         //死循環

                       }A;

  二、錯誤的只引用，由於結構體被從新命名爲A是在引用以後。

                     typedef struct                                         //在結構體自引用的時候標籤不能省略。

                     {

                               intdata;

                           An;                                                         //必須使用完整的結構體名稱

                     }A;

  三、正確的方式

                  typedef struct   A

                 {

                         intdata;

                         structA *n;            //用完整的結構體名稱，聲明一個結構體指針，

                  }A;

（四）、結構體作參數傳遞的效率：

   當結構體很大時，結構體在做爲參數傳遞時，咱們傳遞它的地址，這樣可以提升效率，若是你不想改變結構體內容，則在形參處加上const就行。

（五）、柔性數組：

   在結構體中最後一個成員容許是未知大小的數組，這個數組成爲柔性數組（柔性數組以前至少有一個成員變量）

             typedef  struct    A

               {

                     inti;

                      char  a[];

               }A;

   含有柔性數組的結構體大：這樣的結構體，它的大小不包括柔性數組，因此sizeof(A)=4;空結構體的大小是1；

（六）、位段（位域）：

  一、概念：在一個結構體中以位爲單位來指定成員所佔內存的實際大小，這種以位爲單位的成員咱們稱爲位段，位段是一種特殊的結構體，位段的聲明和任何普通的結構體成員聲明相似，以下：

         Struct 位段結構體名

             {

                   Unsigned 位段名：位段長度；

                   Unsigned 位段名：位段長度；

………………..

                   Unsigned 位段名：位段長度；

             }位段結構體變量名；

   但有兩個例外，首先位段成員必須聲明成int ,unsigned int, signed int,。其次，在成員的後面是一個冒號和一個整數，這個整數指定該位段所佔用位的個數。（實際驗證後發現char類型也能夠，可是注意，位段中不能將int 和char 混合使用）。

  二、 位段使用時須要注意是：

        一、位段結構體中的成員不能使用數組和指針，但結構體變量可使數組或者指針。

        二、由於數組和指針都是以字節爲單位的，同理也不能用&獲取位段的地址。

        三、位段不支持移植。

  例1：聲明一個位段，咱們先來分析一下他在計算機裏面是如何存儲的（一個無符號的int是4字節）。        

               struct tagAAA

                {

                  unsigned int a : 1;

                  unsigned int b : 2;

                  unsigned int c : 6;

                  unsigned int d : 4;

                  unsigned int e；

                 }AAA_S;

   由此咱們能夠明白位段的優勢，原本定義了5個成員，須要5個存儲單位，可是使用位段後只須要4個存儲空間就足夠了。

  三、優勢：

    但它的成員是一個或多個位的字段，這些不一樣長度的字段其實是存儲於一個或多個×××變量中，他的優勢是可以以較少的內存單元存儲數據。位段能夠用×××形式輸出。

例2：

     struct tagAAA

                {

                  unsigned int a : 1;

                  unsigned int  : 2;           //沒有聲明變量，可是卻指定位段大小，稱爲佔位。

                  unsigned int c : 6;

                  unsigned int d : 4;

                  unsigned int e;             //沒有指定位段大小，默認爲自身類型的大小

                 }AAA_S;                

             

（七）、聯合

  一、聯合的聲明：

          typedefunionA

           {

                inti;

                charc;

            }A;

  二、聯合的特色：

    聯合成員之間共用同一塊空間。聯合的大小等於成員中所佔內存最大變量大小。能夠用來測大小端。

（八）、枚舉：

    一、聲明：

           typedefenumA

           {

                   zero,

                   one,

                    two

            }A;

若是沒有對枚舉成員進行初始化時，則默認枚舉成員從0開始依次遞增

 注意：

      一、在同一個程序中，不能不能聲明同名的枚舉類型

      二、在同一個程序中，不一樣的枚舉類型的枚舉成員不能同名。

      三、任何枚舉的大小都是4

  二、枚舉與#define 標識符之間區別：

      一、#define 標識符在預編譯期間進行簡單替換。枚舉類型在編譯的時候肯定其值。

      二、枚舉常量能夠調試，#define 標識符不能夠。

      三、枚舉一次能夠定義大量的枚舉量。