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C/C+语言struct深层探索

王朝other·作者佚名  2008-06-01
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1. strUCt的巨大作用面对一个人的大型C/C++程序时,只看其对struct的使用情况我们就可以对其编写者的编程经验进行评估。因为一个大型的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,这些结构体可以将原本意义属于一个整体的数据组合在一起。

从某种程度上来说,会不会用struct,怎样用struct是区别一个开发人员是否具备丰富开发经历的标志。在网络协议、通信控制、嵌入式系统的C/C++编程中,我们经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整体,其表现形式是一个结构体。经验不足的开发人员往往将所有需要传送的内容依顺序保存在char型数组中,通过指针偏移的方法传送网络报文等信息。这样做编程复杂,易出错,而且一旦控制方式及通信协议有所变化,程序就要进行非常细致的修改。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需要传送三种报文,其格式分别为packetA、packetB、packetC: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: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一个整体。假设发送函数的原形如下:// pSendData:发送字节流的首地址,iLen:要发送的长度

Send(char * pSendData, unsigned int iLen);

发送方可以直接进行如下调用发送struct CommuPacket的一个实例sendCommuPacket:

Send( (char *)&sendCommuPacket , sizeof(CommuPacket) );

假设接收函数的原形如下:

// 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);接收方可以直接进行如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) );接着判定报文类型进行相应处理: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重的是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,这样就可以直接利用处理字节流的函数。利用这种强制类型转化,我们还可以方便程序的编写,例如要对sendCommuPacket所处内存初始化为0,可以这样调用标准库函数memset():memset((char *)&sendCommuPacket,0, sizeof(CommuPacket));

2. struct的成员对齐Intel、微软等公司曾经出过一道类似的面试题:

1. #include <iostream.h>

2. #pragma pack(8)

3. struct example1

4. {

5. short a;

6. long b;

7. };

8. struct example2

9. {

10. char c;

11. example1 struct1;

12. short e;

13. };

14. #pragma pack()

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

16. {

17. example2 struct2;

18. cout << sizeof(example1) << endl;

19. cout << sizeof(example2) << endl;

20. cout << (unsigned int)(&struct2.struct1) - (unsigned int)(&struct2)

<< endl;

21. return 0;

22. }问程序的输入结果是什么?答案是:8

16

4不明白?还是不明白?下面一一道来:

2.1 自然对界struct是一种复合数据类型,其构成元素既可以是基本数据类型(如int、long、float等)的变量,也可以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,以提高运算效率。

缺省情况下,编译器为结构体的每个成员按其自然对界(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。自然对界(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: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,因而结构体中的char成员a、c都以2为单位对齐,sizeof(naturalalign)的结果等于6;假如改为:struct naturalalign

{

char a;

int b;

char c;

};其结果显然为12。2.2指定对界一般地,可以通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。注重:假如#pragma pack (n)中指定的n大于结构体中最大成员的size,则其不起作用,结构体仍然按照size最大的成员进行对界。例如:#pragma pack (n)

struct naturalalign

{

char a;

int b;

char c;

};

#pragma pack ()当n为4、8、16时,其对齐方式均一样,sizeof(naturalalign)的结果都等于12。而当n为2时,其发挥了作用,使得sizeof(naturalalign)的结果为8。在VC++ 6.0编译器中,我们可以指定其对界方式(见图1),其操作方式为依次选择projetct > setting > C/C++菜单,在struct member alignment中指定你要的对界方式。

图1:在VC++ 6.0中指定对界方式另外,通过__attribute((aligned (n)))也可以让所作用的结构体成员对齐在n字节边界上,但是它较少被使用,因而不作具体讲解。2.3 面试题的解答至此,我们可以对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,但是由于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,其本身包含的简单数据成员的最大size为2(short变量e),但是因为其包含了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也不起作用,故19行的输出结果为16;由于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。

3. C和C++间struct的深层区别在C++语言中struct具有了“类”的功能,其与要害字class的区别在于struct中成员变量和函数的默认访问权限为public,而class的为private。例如,定义struct类和class类:

struct structA

{

char a;

}

class classB

{

char a;

}则:struct A a;

a.a = 'a'; //访问public成员,合法

classB b;

b.a = 'a'; //访问private成员,不合法许多文献写到这里就认为已经给出了C++中struct和class的全部区别,实则不然,另外一点需要注重的是:C++中的struct保持了对C中struct的全面兼容(这符合C++的初衷——“a better c”),因而,下面的操作是合法的://定义struct

struct structA

{

char a;

char b;

int c;

};

structA a = {'a' , 'a' ,1}; // 定义时直接赋初值即struct可以在定义的时候直接以{ }对其成员变量赋初值,而class则不能,在经典书目《thinking C++ 2nd edition》中作者对此点进行了强调。

4. struct编程注重事项看看下面的程序:

1. #include <iostream.h>

2. struct structA

3. {

4. int iMember;

5. char *cMember;

6. };

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

8. {

9. structA instant1,instant2;

10.char c = 'a';

11. instant1.iMember = 1;

12. instant1.cMember = &c;

13.instant2 = instant1;

14.cout << *(instant1.cMember) << endl;

15.*(instant2.cMember) = 'b';

16. cout << *(instant1.cMember) << endl;

17. return 0;

}14行的输出结果是:a

16行的输出结果是:bWhy?我们在15行对instant2的修改改变了instant1中成员的值!原因在于13行的instant2 = instant1赋值语句采用的是变量逐个拷贝,这使得instant1和instant2中的cMember指向了同一片内存,因而对instant2的修改也是对instant1的修改。在C语言中,当结构体中存在指针型成员时,一定要注重在采用赋值语句时是否将2个实例中的指针型成员指向了同一片内存。在C++语言中,当结构体中存在指针型成员时,我们需要重写struct的拷贝构造函数并进行“=”操作符重载。

 
 
 
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