第七节结构体与联合体

来源：互联网发布：centos下安装chrome 编辑：程序博客网时间：2024/05/18 01:10

第七节结构体与联合体

1.1 结构体内存对齐问题

1. 这个程序本是我写来验证结构体内存对齐问题，但是我在linux系统和windows系统下的答案让我有点意外，我便将其加进本书。如程序清单7. 1所示，程序输出会是什么？

程序清单7. 1 结构体的内存对齐问题

#include<stdio.h>

struct Date{

int year ;

int month ;

int day ;

} ;

struct DateType{

int year ;

int month ;

int day ;

}birthday ;

struct student{

int iNum ;

char cName[30] ;

float fScore ;

char cSex ;

double menber ;

} people ;

int main( int argc , char *argv[] )

{

printf( "sizeof(struct Date) = %d \n\n",

sizeof( struct Date) ) ;

printf( "sizeof(struct DateType) = %d \n" ,

sizeof( struct DateType) ) ;

printf( "sizeof(birthday) = %d \n\n", sizeof( birthday ) ) ;

printf( "&birthday.year = %d \n" , &birthday.year ) ;

printf( "&sizeof.month = %d \n" , &birthday.month ) ;

printf( "&sizeof.day = %d \n\n", &birthday.day ) ;

printf( "sizeof(struct student) = %d \n" ,

sizeof( struct student) ) ;

printf( "sizeof(people) = %d \n\n", sizeof( people ) ) ;

printf( "&people.iNum = %d \n" , &people.iNum ) ;

printf( "&people.cName = %d \n" , &people.cName ) ;

printf( "&people.fScore = %d \n" , &people.fScore ) ;

printf( "&people.cSex = %d \n" ,

&people.cSex ) ;

printf( "&people.menber = %d \n\n", &people.menber ) ;

printf( "sizeof(people.menber) = %d \n\n", sizeof( people.menber ) ) ;

return 0 ;

}

传统在windows下，结果大家都应该知道，我现在就直接把window下和linux下结果直接贴出来，大家看看。（如果大家对结果有质疑，大可上机试试，毕竟眼见为实。）

sizeof(struct Date) = 12

sizeof(struct DateType) = 12

sizeof(birthday) = 12

&birthday.year = 4210832

&sizeof.month = 4210836

&sizeof.day = 4210840

sizeof(struct student) = 56

sizeof(people) = 56

&people.iNum = 4210848

&people.cName = 4210852

&people.fScore = 4210884

&people.cSex = 4210888

&people.menber = 4210896

sizeof(people.menber) = 8

请按任意键继续. . .

上面是C-Free中运行的结果，你可以试试VC等，答案依然如此。

我们再来看看linux下结果：

root@zhuzhaoqi-desktop:/home/zhuzhaoqi/C/prog1.34# ./prog

sizeof(struct Date) = 12

sizeof(struct DateType) = 12

sizeof(birthday) = 12

&birthday.year = 134520948

&sizeof.month = 134520952

&sizeof.day = 134520956

sizeof(struct student) = 52

sizeof(people) = 52

&people.iNum = 134520896

&people.cName = 134520900

&people.fScore = 134520932

&people.cSex = 134520936

&people.menber = 134520940

sizeof(people.menber) = 8

这是linux下编译的结果。

加粗标注区域够让你吃惊吧！

说实话，看到第一眼，我也傻了。为什么，我们再看下划线标注区域，people.cSex 在windows下联系上下确实应该占用8个字节，可是，可是为什么在linux下只占用4个字节！！

原来，在linux中以4个字节为开辟单元,即不足4个开辟4个,多于4个的继续开辟4个，多出的部分放进另一个4个字节中。

struct student{

int iNum ; /* 开辟4个字节 */

char cName[30] ; /* 开辟32个字节 */

float fScore ; /* 开辟4个字节 */

/*开辟4个字节,自己用1个字节,剩下3个，不足以存储menber */

char cSex ;

double menber ; /* 所以这里重新开辟4+4个字节 */

} people ;

所以我们得出的答案是：4+32+4+4+8=52。

但是，我们一直使用的windows下，以最大单元为开辟单位,即系统先检查结构中最大单位为double 8个字节,所以以8个字节为单位。

student 在Linux和windows下内存开辟如图7. 1和图7. 2所示。

1.1 结构体在STM32的应用

1. 如程序清单7. 2所示程序是截取STM32固件库中的一段代码，请问输出是什么？

程序清单7. 2 结构体在STM32的应用

#include <stdio.h>

typedef volatile unsigned int vui32;

typedef struct {

vui32 CRL;

vui32 CRH;

vui32 IDR;

vui32 ODR;

vui32 BSRR;

vui32 BRR;

vui32 LCKR;

} GPIO_TypeDef;

#define GPIOA (GPIO_TypeDef *)0x10000000

#define GPIOLED (GPIO_TypeDef *)GPIOA

void func (GPIO_TypeDef *GPIO)

{

printf("GPIO->CRL = %#x\n" , &(GPIO->CRL));

printf("GPIO->CRH = %#x\n" , &(GPIO->CRH));

printf("GPIO->LCKR = %#x\n" , &(GPIO->LCKR));

}

int main(int argc, char *argv[])

{

printf("sizeof(GPIO_TypeDef) = %d\n" , sizeof(GPIO_TypeDef)) ;

printf("GPIOLED=%#x\n" , GPIOLED);

func(GPIOLED);

return 0;

}

如果使用过STM32的固件函数库的话，应该对这个结构体不会陌生，STM32固件函数库就是这样，通过“大行其肆”的结构体和指针实现对一大堆寄存器的配置，在_map.h这个头文件中，定义很多这样的结构体。这样做有什么好处呢，将共同点给抽象出来了，上面7个寄存器就是每个GPIO口寄存器的共有特性，那么只要给定某一个GPIO口的映射地址，很快就可以通过这个结构体得到每个寄存器的地址。能这么做很巧的是ARM的MCU每个寄存器的偏移量都是4个字节或者2个字节，所以能使用结构体完成，如果有一天出现了3个字节的偏移量，我想此时结构体也就没辙了。

答案是：

sizeof(GPIO_TypeDef) = 28

GPIOLED =0x10000000

GPIO->CRL = 0x10000000

GPIO->CRH = 0x10000004

GPIO->LCKR = 0x10000018

请按任意键继续. . .

确实很巧妙，方便！

1.2 结构体与指针

1. 已知如下所示条件。

struct student{

long int num ;

char *name ;

short int date ;

char sex ;

short int da[5] ;

}*p;

p = (student*)0x1000000 ;

那么请问，以下输出什么？

printf( "sizeof(*p) = %d\n" , sizeof(*p) ) ;

printf( "sizeof(student) = %d\n" , sizeof(student) ) ;

printf( "p = %#x\n" , p ) ;

printf( "p + 0x200 = %#x\n" , p + 0x200 ) ;

printf( "(char*)p + 0x200 = %#x\n" , (char*)p + 0x200 ) ;

printf( "(int*)p + 0x200 = %#x\n" , (int*)p + 0x200 ) ;

第一个输出不解释，内存对齐问题，结构体指针，答案为：24。

第二个输出答案为：24。

第三个输出，为已知，答案为：0x1000000。

第四个输出，由于p此时是结构体类型指针，那么

p+0x200 = p + 0x200*sizeof(student)。

所以 p + 0x200 = p + 0x200 * 24 = 0x1000000 + 0x3000 = 0x1003000。

第五个输出，由于p被强制转换成了字符型指针，那么p + 0x200 = 0x1000200。

第六个输出同理为：p + 0x200 = 0x1000800。

1.3 联合体的存储

1. 如程序清单7. 3所示，程序输出什么？

程序清单7. 3 联合体的存储

union {

int i ;

struct {

char L;

char H;

}Bity;

}N;

int main(int argc, char* argv[])

{

N.i = 0x1234;

printf("N.Bity.L = %#x\n",N.Bity.L);

printf("N.Bity.H = %#x\n",N.Bity.H);

return 0;

}

结构体的成员是共用一块内存，也就是说N.i和N.Bity是在同一个地址空间中。那么好办了，但是要注意，CPU是小段存储模式，所以低字节存储在低地址中，高字节存储在高地址中。那么N.Bity.L是取了低地址，也就是得到低字节，即为0x34，N.Bity.H是取了高字节，即为0x12。在电脑中，int是占4字节，所以存储方式如图10. 3所示。

其实这里有一个很巧妙的用法可以用于C51单片机中，为了与上面不重复，假设C51的存储模式是大端模式。在C51的定时器，给定时器赋初值的时候，要将高八位和低八位分别赋给模式1定时器的高位预置值和低位预置值，有这么个式子：

THx = (65536-10000)/256;

TLx = (65536-10000)%256.

那么我们就可以让这样写这个程序

union {

unsigned int i ;

struct {

unsigned char H;

unsigned char L;

}Bity;

}N;

int main(int argc, char* argv[])

{

……

N.i = 65536 - 10000;

THx = N.Bity.H ;

TLx = N.Bity.L ;

……

return 0;

}

这样很方便并且高效地将高低位置好，其实单片机是一个很好学习C语言的载体，麻雀虽小，但是五脏俱全。

65536 – 10000 = 55536 = 0xD8F0。

由于在单片机中，int是占2字节，那么存储方式如图7. 4所示。

1.1 结构体在联合体中的声明

1. 如程序清单7. 4所示，请问：printf( "%d\n" , sizeof(T.N) ) ;

printf( "%d\n" , sizeof(T) ) ;输出什么？

程序清单7. 4 结构体在联合体中的声明

union T {

int i ;

struct N {

int j ;

float k ;

double m ;

};

第一个结构体嘛，4+4+8=16；第二个嘛，最大元素所占内存开辟，则为：16！真的是这样吗？正确答案是：16,4！

union T {

int i ;

struct N {

int j ;

float k ;

double m ;

}A;

};

如果这个程序是这样，输出又是多少呢？正确答案是：16,16！不知道你是否知道其中的原因了呢？

1.2 结构体与联合体的内存

1. 如程序清单7. 5所示，语句printf("%d",sizeof(struct date)+sizeof(max));的执行结果是？

程序清单7. 5 结构体与联合的内存

typedef union {

long i;

int k[5];

char c;

} DATE;

struct data {

int cat;

DATE cow;

double dog;

}too;

DATE max;

很明显，这里考查的是联合体和结构体的内存对齐问题。联合体的内存大小是以最大类型存储内存作为依据，而结构体则是内存对齐相加。

上面例子的联合体最大是：20，所以sizeof（max） = 20 ；在结构体中，sizeof（cat） = 4 ,sizeof(cow) = 20 ,sizeof(dog) = 8 ,由于内存都是对齐的，所以siezof(struct date) = 32 .所以最终答案是：52.

#include <stdio.h>

typedef union {

long int i ;

int k[5] ;

char c ;

}DATE ;

struct data {

int cat ;

DATE cow ;

double dog ;

}too ;

int main(int argc, char *argv[])

{

DATE max;

printf("sizeof(cat)=%d\n", sizeof(too.cat));

printf("sizeof(cow)=%d\n", sizeof(too.cow));

printf("sizeof(dog)=%d\n\n", sizeof(too.dog));

printf("sizeof(struct data)=%d\n",sizeof(struct data));

printf("sizeof(max)=%d\n", sizeof(max));

printf("sizeof(struct data)+ sizeof(max)=%d\n",

sizeof(struct data)+ sizeof(max));

return 0;

}

运行结果是：

sizeof(cat)=4

sizeof(cow)=20

sizeof(dog)=8

sizeof(struct data)=32

sizeof(max)=20

sizeof(struct data)+ sizeof(max)=52

请按任意键继续. . .

内存对齐问题是一个比较难以理解的内存问题，因为摸不着、难以猜透。

1.3 再论联合体与结构体

1. 如程序清单7. 6所示，程序输出什么？

程序清单7. 6 再论联合体与结构体

union {

struct {

unsigned char c1:3;

unsigned char c2:3;

unsigned char c3:2;

}s;

unsigned char c;

}u;

int main(int argc, char *argv[])

{

u.c = 100;

printf("u.s.c1 = %d\n", u.s.c1);

printf("u.s.c2 = %d\n", u.s.c2);

printf("u.s.c3 = %d\n", u.s.c3);

return 0;

}

这个程序考查对结构体和联合体的理解。

首先我们应该知道，u.c和u.s是在同一个地址空间中，那么u.s中存储的数据即为100。100转化为二进制为：0110 0100。由于是小端模式存储方式，那么u.s.c1取最低三位100，即为十进制的4；u.s.c2取中间三位100，即为十进制的4；而u.s.c3取最高两位01，即为十进制的1。所以输出即为：4,4,1。

第七节 结构体与联合体

第七节结构体与联合体