结构与联合的使用

联合体

在C/C++程序的编写中，当多个基本数据类型或复合数据结构要占用同一片内存时，咱们要使用联合体；当多种类型，多个对象，多个事物只取其一时（咱们姑且通俗地称其为“n 选1”），咱们也可使用联合体来发挥其长处。

首先看一段代码：

#include <iostream>

using namespace std;

union myun  

{  

     struct { int x; int y; int z; }u;  

     int k;  

}a;  

int main()  

{  

     a.u.x =4;  

     a.u.y =5;  

     a.u.z =6;  

     a.k = 0;  

     printf("%d %d %d\n",a.u.x,a.u.y,a.u.z);  

     return 0;  

} 

运行结果：0 5 6

union类型是共享内存的，以size最大的结构做为本身的大小，这样的话，myun这个结构就包含u这个结构体，而大小也等于u这个结构体的大小，在内存中的排列为声明的顺序x,y,z从低到高，而后赋值的时候，在内存中，就是x的位置放置4，y的位置放置5，z的位置放置6，如今对k赋值，对k的赋值由于是union，要共享内存，因此从union的首地址开始放置，首地址开始的位置实际上是x的位置，这样原来内存中x的位置就被k所赋的值代替了，就变为0了，这个时候要进行打印，就直接看内存里就好了，x的位置也就是k的位置是0，而 y，z的位置的值没有改变，因此应该是0,5,6。

联合表示几个变量公用一个内存位置, 在不一样的时间保存不一样的数据类型 和不一样长度的变量。 
下例表示说明一个联合a_bc: 

[cpp] view plaincopy

union a_bc{
    int i;
    char mm;
};

再用已说明的联合可定义联合变量。 
例如用上面说明的联合定义一个名为lgc的联合变量, 可写成: 
union a_bc lgc; 
在联合变量lgc中, 整型量i和字符mm公用同一内存位置。 
当一个联合被说明时, 编译程序自动地产生一个变量, 其长度为联合中最大的变量长度。 
联合访问其成员的方法与结构相同。一样联合变量也能够定义成数组或指针,但定义为指针时, 也要用"->"符号,此时联合访问成员可表示成: 联合名->成员名 
另外, 联合既能够出如今结构内, 它的成员也能够是结构。 

例如：

[cpp] view plaincopy

struct{
    int age;
    char *addr;
    union{
        int i;
        char *ch;
    }x;
}y[10];

若要访问结构变量y[1]中联合x的成员i, 能够写成: y[1].x.i; 
若要访问结构变量y[2]中联合x的字符串指针ch的第一个字符可写成: *y[2].x.ch; 
若写成"y[2].x.*ch;"是错误的。

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结构体

一、struct的巨大做用

面对一个大型C/C++程序时，只看其对struct的使用状况咱们就能够对其编写者的编程经验进行评估。由于一个大型的C/C++程序，势必要涉及一些(甚至大量)进行数据组合的结构体，这些结构体能够将本来意义属于一个总体的数据组合在一块儿。从某种程度上来讲，会不会用struct，怎样用struct是区别一个开发人员是否具有丰富开发经历的标志。在网络协议、通讯控制、嵌入式系统的C/C++编程中，咱们常常要传送的不是简单的字节流（char型数组），而是多种数据组合起来的一个总体，其表现形式是一个结构体。经验不足的开发人员每每将全部须要传送的内容依顺序保存在char型数组中，经过指针偏移的方法传送网络报文等信息。这样作编程复杂，易出错，并且一旦控制方式及通讯协议有所变化，程序就要进行很是细致的修改。一个有经验的开发者则灵活运用结构体，举一个例子，假设网络或控制协议中须要传送三种报文，其格式分别为packetA、packetB、packetC：

[cpp] view plaincopy

struct structA
{
    int a;
    char b;
};
struct structB
{
    char a;
    short b;
};
struct structC
{
    int a;
    char b;
    float c;
}

优秀的程序设计者这样设计传送的报文：

[cpp] view plaincopy

struct CommuPacket
{
    int iPacketType;　　//报文类型标志
    union　　　　　　   //每次传送的是三种报文中的一种，使用union
    {
        struct structA packetA;
        struct structB packetB;
        struct structC packetC;
    }
};

在进行报文传送时，直接传送struct CommuPacket一个总体。

　　假设发送函数的原形以下：

// pSendData：发送字节流的首地址，iLen：要发送的长度
Send(char * pSendData, unsigned int iLen);
发送方能够直接进行以下调用发送struct CommuPacket的一个实例sendCommuPacket：
Send( (char *)&sendCommuPacket , sizeof(CommuPacket) );
假设接收函数的原形以下：
// pRecvData：发送字节流的首地址，iLen：要接收的长度
//返回值：实际接收到的字节数
unsigned int Recv(char * pRecvData, unsigned int iLen)；
接收方能够直接进行以下调用将接收到的数据保存在struct CommuPacket的一个实例
recvCommuPacket中：

Recv( (char *)&recvCommuPacket , sizeof(CommuPacket) );
接着判断报文类型进行相应处理：

[cpp] view plaincopy

switch(recvCommuPacket. iPacketType)
{
    case PACKET_A:
    …    //A类报文处理
    break;
    case PACKET_B:
    …　 //B类报文处理
    break;
    case PACKET_C:
    …   //C类报文处理
    break;
}

以上程序中最值得注意的是

Send( (char *)&sendCommuPacket , sizeof(CommuPacket) );
Recv( (char *)&recvCommuPacket , sizeof(CommuPacket) );
中的强制类型转换：(char *)&sendCommuPacket、(char *)&recvCommuPacket，先取地址，再转化为char型指针，这样就能够直接利用处理字节流的函数。

　　利用这种强制类型转化，咱们还能够方便程序的编写，例如要对sendCommuPacket所处内存初始化为0，能够这样调用标准库函数memset()：

memset((char *)&sendCommuPacket,0, sizeof(CommuPacket));

二、struct成员对齐

Intel、微软等公司曾经出过一道相似的面试题：

[cpp] view plaincopy

#include <iostream.h>
#pragma pack(8)
struct example1
{
    short a;
    long b;
};
struct example2
{
    char c;
    example1 struct1;
    short e;
};
#pragma pack()
int main(int argc, char* argv[])
{
    example2 struct2;
    cout << sizeof(example1) << endl;
    cout << sizeof(example2) << endl;
    cout << (unsigned int)(&struct2.struct1) - (unsigned int)(&struct2) << endl;  //struct2.struct1的内存地址-struct2的内存地址。
    return 0;
}

问程序的输入结果是什么？

答案是：

8
16
4

不明白？仍是不明白？下面一一道来：

2.1 天然对界

  struct是一种复合数据类型，其构成元素既能够是基本数据类型（如int、long、float等）的变量，也能够是一些复合数据类型（如 array、struct、union等）的数据单元。对于结构体，编译器会自动进行成员变量的对齐，以提升运算效率。32位cpu的采用1字节对界来提升运行速度，因此编译器会尽可能把数据放在它的对界上以提升内存命中率。缺省状况下，编译器为结构体的每一个 成员按其天然对界（natural alignment）条件分配空间。各个成员按照它们被声明的顺序在内存中顺序存储，第一个成员的地址和整个结构的地址相同。

 天然对界(natural alignment)即默认对齐方式，是指按结构体的成员中size最大的成员对齐。

  例如：

[cpp] view plaincopy

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

在上述结构体中，size最大的是short，其长度为2字节，于是结构体中的char成员a、c都以2为单位齐，sizeof(naturalalign)的结果等于6；

若是改成：

[cpp] view plaincopy

struct naturalalign
{
    char a;
    int b;
    char c;
};

其结果显然为12。

2.2 指定对界

通常地，能够经过下面的方法来改变缺省的对界条件：

    使用伪指令#pragma pack (n)，编译器将按照n个字节对齐；
    使用伪指令#pragma pack ()，取消自定义字节对齐方式。

　　注意：若是#pragma pack (n)中指定的n大于结构体中最大成员的size，则其不起做用，结构体仍然按照size最大的成员进行对界。

例如：

[cpp] view plaincopy

#pragma pack (n)
struct naturalalign
{
    char a;
    int b;
    char c;
};

当n为4、8、16时，其对齐方式均同样，sizeof(naturalalign)的结果都等于12。而当n为2时，其发挥了做用，使得sizeof(naturalalign)的结果为8。

2.3 面试题的解答

　　至此，咱们能够对Intel、微软的面试题进行全面的解答。

　　程序中第2行#pragma pack (8)虽然指定了对界为8，可是因为struct example1中的成员最大size为4（long变量size为4），故struct example1仍然按4字节对界，struct example1的size为8，即第18行的输出结果；

　　struct example2中包含了struct example1，其自己包含的简单数据成员的最大size为2（short变量e），可是由于其包含了struct example1，而struct example1中的最大成员size为4，struct example2也应以4对界，#pragma pack (8)中指定的对界对struct example2也不起做用，故19行的输出结果为16；

　　因为struct example2中的成员以4为单位对界，故其char变量c后应补充3个空，其后才是成员struct1的内存空间，20行的输出结果为4。

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结构和联合的区别：

（1）struct和union都是由多个不一样的数据类型成员组成, 但在任何同一时刻, union中只存放了一个被选中的成员, 而struct的全部成员都存在。在struct中，各成员都占有本身的内存空间，它们是同时存在的。一个struct变量的总长度等于全部成员长度之和。在Union中，全部成员不能同时占用它的内存空间，它们不能同时存在。Union变量的长度等于最长的成员的长度。

（2）对于union的不一样成员赋值, 将会对其它成员重写, 原来成员的值就不存在了, 而对于struct的不一样成员赋值是互不影响的。