1. struct 的巨大作用
面對乙個人的大型 c/c++程式時,只看其對struct 的使用情況我們就可以對其編寫者的程式設計經
驗進行評估。因為乙個大型的c/c++程式,勢必要涉及一些(甚至大量)進行資料組合的結構體,這些結
構體可以將原本意義屬於乙個整體的資料組合在一起。從某種程度上來說,會不會用struct,怎樣用
struct 是區別乙個開發人員是否具備豐富開發經歷的標誌。
在網路協議、通訊控制、嵌入式系統的c/c++程式設計中,我們經常要傳送的不是簡單的位元組流(char
型陣列),而是多種資料組合起來的乙個整體,其表現形式是乙個結構體。
經驗不足的開發人員往往將所有需要傳送的內容依順序儲存在char 型陣列中,通過指標偏移的
方法傳送網路報文等資訊。這樣做程式設計複雜,易出錯,而且一旦控制方式及通訊協議有所變化,程式
就要進行非常細緻的修改。
乙個有經驗的開發者則靈活運用結構體,舉乙個例子,假設網路或控制協議中需要傳送三種報
文,其格式分別為packeta、packetb、packetc:
struct structa
;struct structb
;struct structc
優秀的程式設計者這樣設計傳送的報文:
struct commupacket
};在進行報文傳送時,直接傳送struct commupacket 乙個整體。
假設傳送函式的原形如下:
// psenddata:傳送位元組流的首位址,ilen:要傳送的長度
send(char * psenddata, unsigned int ilen);
傳送方可以直接進行如下呼叫傳送struct commupacket 的乙個例項sendcommupacket:
send( (char *)&sendcommupacket , sizeof(commupacket) );
假設接收函式的原形如下:
// precvdata:傳送位元組流的首位址,ilen:要接收的長度
//返回值:實際接收到的位元組數
unsigned int recv(char * precvdata, unsigned int ilen);
接收方可以直接進行如下呼叫將接收到的資料儲存在struct commupacket 的乙個例項recvcommupacket 中:
recv( (char *)&recvcommupacket , sizeof(commupacket) );
接著判斷報文型別進行相應處理:
switch(recvcommupacket. ipackettype)
以上程式中最值得注意的是
send( (char *)&sendcommupacket , sizeof(commupacket) );
recv( (char *)&recvcommupacket , sizeof(commupacket) );
中的強制型別轉換:(char *)&sendcommupacket、(char *)&recvcommupacket,先取位址,再轉化為char 型指標,
這樣就可以直接利用處理位元組流的函式。
利用這種強制型別轉化,我們還可以方便程式的編寫,例如要對sendcommupacket 所處記憶體初始化為0,可以這
樣呼叫標準庫函式memset():
memset((char *)&sendcommupacket,0, sizeof(commupacket));
2. struct的成員對齊
intel、微軟等公司曾經出過一道類似的面試題:
#include
4#pragma pack(8)
struct example1
;struct example2
;#pragma pack()
int main(int argc, char* argv)
問程式的輸入結果是什麼?
答案是:816
4不明白?還是不明白?下面一一道來:
2.1 自然對界
struct 是一種復合資料型別,其構成元素既可以是基本資料型別(如int、long、float 等)的變數,也可以是
一些復合資料型別(如array、struct、union 等)的資料單元。對於結構體,編譯器會自動進行成員變數的對齊,
以提高運算效率。預設情況下,編譯器為結構體的每個成員按其自然對界(natural alignment)條件分配空間。各
個成員按照它們被宣告的順序在記憶體中順序儲存,第乙個成員的位址和整個結構的位址相同。
自然對界(natural alignment)即預設對齊方式,是指按結構體的成員中size 最大的成員對齊。
例如:struct naturalalign
;在上述結構體中,size 最大的是short,其長度為2 位元組,因而結構體中的char 成員a、c 都以2 為單位對齊,
sizeof(naturalalign)的結果等於6;
如果改為:
struct naturalalign5;
其結果顯然為12。
2.2 指定對界
一般地,可以通過下面的方法來改變預設的對界條件:
· 使用偽指令#pragma pack (n),編譯器將按照n 個位元組對齊;
· 使用偽指令#pragma pack (),取消自定義位元組對齊方式。
注意:如果#pragma pack (n)中指定的n 大於結構體中最大成員的size,則其不起作用,結構體
仍然按照size 最大的成員進行對界。
例如:#pragma pack (n)
struct naturalalign
;#pragma pack ()
當n 為4、8、16 時,其對齊方式均一樣,sizeof(naturalalign)的結果都等於12。而當n 為2
時,其發揮了作用,使得sizeof(naturalalign)的結果為6。
在vc++ 6.0 編譯器中,我們可以指定其對界方式(見圖1),其操作方式為依次選擇projetct >
setting > c/c++選單,在struct member alignment 中指定你要的對界方式。
圖1 在vc++ 6.0 中指定對界方式
6另外,通過__attribute((aligned (n)))也可以讓所作用的結構體成員對齊在n 位元組邊界上,但
是它較少被使用,因而不作詳細講解。
2.3 面試題的解答
至此,我們可以對intel、微軟的面試題進行全面的解答。
程式中第2 行#pragma pack (8)雖然指定了對界為8,但是由於struct example1 中的成員最大
size 為4(long 變數size 為4),故struct example1 仍然按4 位元組對界,struct example1 的size
為8,即第18 行的輸出結果;
struct example2 中包含了struct example1,其本身包含的簡單資料成員的最大size 為2(short
變數e),但是因為其包含了struct example1,而struct example1 中的最大成員size 為4,struct
example2 也應以4 對界,#pragma pack (8)中指定的對界對struct example2 也不起作用,故19 行的
輸出結果為16;
由於struct example2 中的成員以4 為單位對界,故其char 變數c 後應補充3 個空,其後才是
成員struct1 的記憶體空間,20 行的輸出結果為4。
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