c語言-struct的相關問題

導讀：
　　1. struct的巨大作用
　　面對一個人的大型C/C++程式時，只看其對struct的使用方式我們就可以對其編寫者的編程經驗進行評估。因為一個大型的C/C++程式，勢必要涉及一些(甚至大量)進行資料群組合的結構體，這些結構體可以將原本意義屬於一個整體的資料群組合在一起。從某種程度上來說，會不會用struct，怎樣用struct是區別一個開發人員是否具備豐富開發經曆的標誌。

　　在網路通訊協定、通訊控制、嵌入式系統的C/C++編程中，我們經常要傳送的不是簡單的位元組流（char型數組），而是多種資料群組合起來的一個整體，其表現形式是一個結構體。

　　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型數組中，通過指標位移的方法傳送網路報文等資訊。這樣做編程複雜，易出錯，而且一旦控制方式及通訊協定有所變化，程式就要進行非常細緻的修改。

　　一個有經驗的開發人員則靈活運用結構體，舉一個例子，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
　　{
　　int a;
　　char b;
　　};
　　struct structB
　　{
　　char a;
　　short b;
　　};
　　struct structC
　　{
　　int a;
　　char b;
　　float c;
　　}
　　優秀的程式設計者這樣設計傳送的報文：
　　struct CommuPacket
　　{
　　int iPacketType;　　//報文類型標誌
　　union　　　　　　//每次傳送的是三種報文中的一種，使用union
　　{
　　struct structA packetA;
　　struct structB packetB;
　　struct structC packetC;
　　}
　　};
　　在進行報文傳送時，直接傳送struct CommuPacket一個整體。
　　假設發送函數的原形如下：
　　// pSendData：發送位元組流的首地址，iLen：要發送的長度
　　Send(char * pSendData, unsigned int iLen);
　　發送方可以直接進行如下調用發送struct CommuPacket的一個執行個體sendCommuPacket：
　　Send( (char *)&sendCommuPacket , sizeof(CommuPacket) );
　　假設接收函數的原形如下：
　　// pRecvData：發送位元組流的首地址，iLen：要接收的長度
　　//傳回值：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調用將接收到的資料儲存在struct CommuPacket的一個執行個體recvCommuPacket中：
　　Recv( (char *)&recvCommuPacket , sizeof(CommuPacket) );
　　接著判斷報文類型進行相應處理：
　　switch(recvCommuPacket. iPacketType)
　　{
　　case PACKET_A:
　　… //A類報文處理
　　break;
　　case PACKET_B:
　　…　 //B類報文處理
　　break;
　　case PACKET_C:
　　… //C類報文處理
　　break;
　　}
　　以上程式中最值得注意的是
　　Send( (char *)&sendCommuPacket , sizeof(CommuPacket) );
　　Recv( (char *)&recvCommuPacket , sizeof(CommuPacket) );
　　中的強制類型轉換：(char *)&sendCommuPacket、(char *)&recvCommuPacket，先取地址，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數。

　　利用這種強制類型轉化，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，可以這樣調用標準庫函數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：
　　1. #include
　　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 <　　19. cout <　　20. cout <<(unsigned int)(&struct2.struct1) - (unsigned int)(&struct2)

　　<　　21. return 0;
　　22. }
　　問程式的輸入結果是什嗎？
　　答案是：
　　8
　　16
　　4
　　不明白？還是不明白？下面一一道來：
　　2.1 自然對界
　　struct是一種複合資料型別，其構成元素既可以是基礎資料型別 (Elementary Data Type)（如int、long、float等）的變數，也可以是一些複合資料型別（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聲明的順序在記憶體中順序儲存，第一個成員的地址和整個結構的地址相同。

　　自然對界(natural alignment)即預設對齊，是指按結構體的成員中size最大的成員對齊。
　　例如：
　　struct naturalalign
　　{
　　char a;
　　short b;
　　char c;
　　};
　　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 naturalalign
　　{
　　char a;
　　int b;
　　char c;
　　};
　　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 ()，取消自訂位元組對齊。
　　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
　　{
　　char a;
　　int b;
　　char c;
　　};
　　#pragma pack ()
　　當n為4、8、16時，其對齊均一樣，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8。

　　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++菜單，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
　　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。
　　3. C和C++間struct的深層區別
　　在C++語言中struct具有了“類”　的功能，其與關鍵字class的區別在於struct中成員變數和函數的預設存取權限為public，而class的為private。

　　例如，定義struct類和class類：
　　struct structA
　　{
　　char a;
　　…
　　}
　　class classB
　　{
　　char a;
　　…
　　}
　　則：
　　struct A a;
　　a.a = 'a'; //訪問public成員，合法
　　classB b;
　　b.a = 'a'; //訪問private成員，不合法
　　許多文獻寫到這裡就認為已經給出了C++中struct和class的全部區別，實則不然，另外一點需要注意的是：
　　C++中的struct保持了對C中struct的全面相容（這符合C++的初衷——“a better c”），因而，下面的操作是合法的：
　　//定義struct
　　struct structA
　　{
　　char a;
　　char b;
　　int c;
　　};
　　structA a = {'a' , 'a' ,1}; // 定義時直接賦初值
　　即struct可以在定義的時候直接以{ }對其成員變數賦初值，而class則不能，在經典書目《thinking C++ 2nd edition》中作者對此點進行了強調。

　　4. struct編程注意事項
　　看看下面的程式：
　　1. #include
　　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) <　　15.*(instant2.cMember) = 'b';
　　16. cout <<*(instant1.cMember) <　　17. return 0;
　　}
　　14行的輸出結果是：a
　　16行的輸出結果是：b
　　Why?我們在15行對instant2的修改改變了instant1中成員的值！
　　原因在於13行的instant2 = instant1指派陳述式採用的是變數逐個拷貝，這使得instant1和instant2中的cMember指向了同一片記憶體，因而對instant2的修改也是對instant1的修改。

　　在C語言中，當結構體中存在指標型成員時，一定要注意在採用指派陳述式時是否將2個執行個體中的指標型成員指向了同一片記憶體。
　　在C++語言中，當結構體中存在指標型成員時，我們需要重寫struct的拷貝建構函式並進行“=”操作符重載。
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　　struct與class的比較
　　[ 2005-11-02 13:13:55 | 作者: Cloudward ]
　　C#
　　一．類與結構的樣本比較：
　　結構樣本：
　　public struct Person
　　{
　　string Name;
　　int height;
　　int weight
　　C#
　　一．類與結構的樣本比較：
　　結構樣本：
　　public struct Person
　　{
　　string Name;
　　int height;
　　int weight
　　public bool overWeight()
　　{
　　//implement something
　　}
　　}
　　類樣本：
　　public class TestTime
　　{
　　int hours;
　　int minutes;
　　int seconds;
　　public void passtime()
　　{
　　//implementation of behavior
　　}
　　}
　　調用過程：
　　public class Test
　　{
　　public static ovid Main
　　{
　　Person Myperson=new Person //聲明結構
　　TestTime Mytime=New TestTime //聲明類
　　}
　　}
　　從上面的例子中我們可以看到，類的聲明和結構的聲明非常類似，只是限定符後面是 struct 還是 class 的區別，而且使用時，定義新的結構和定義新的類的方法也非常類似。那麼類和結構的具體區別是什麼呢？

　　二 .類與結構的差別
　　1. 實值型別與參考型別
　　結構是實值型別：實值型別在堆棧上分配地址，所有的基底類型都是結構類型，例如：int 對應System.int32 結構，string 對應 system.string 結構 ，通過使用結構可以建立更多的實值型別

　　類是參考型別：參考型別在堆上分配地址
　　堆棧的執行效率要比堆的執行效率高，可是堆棧的資源有限，不適合處理大的邏輯複雜的對象。所以結構處理作為基底類型對待的小對象，而類處理某個商業邏輯
　　因為結構是實值型別所以結構之間的賦值可以建立新的結構，而類是參考型別，類之間的賦值只是複製引用
　　註：
　　1.雖然結構與類的類型不一樣，可是他們的基底類型都是對象（object）,c#中所有類型的基底類型都是object
　　2.雖然結構的初始化也使用了New 操作符可是結構對象依然分配在堆棧上而不是堆上，如果不使用“建立”(new)，那麼在初始化所有欄位之前，欄位將保持未賦值狀態，且對象不可用

　　2．繼承性
　　結構：不能從另外一個結構或者類繼承，本身也不能被繼承，雖然結構沒有明確的用sealed聲明，可是結構是隱式的sealed .
　　類：完全可擴充的，除非顯示的聲明sealed 否則類可以繼承其他類和介面，自身也能被繼承
　　註：雖然結構不能被繼承 可是結構能夠繼承介面，方法和類繼承介面一樣
　　例如:結構實現介面
　　
　　interface IImage
　　{
　　void Paint();
　　}
　　struct Picture : IImage
　　{
　　public void Paint()
　　{
　　// painting code goes here
　　}
　　private int x, y, z; // other struct members
　　}
　　3．內部結構：
　　結構：
　　沒有預設的建構函式，但是可以添加建構函式
　　沒有解構函式
　　沒有 abstract 和 sealed(因為不能繼承)
　　不能有protected 修飾符
　　可以不使用new 初始化
　　在結構中初始化執行個體欄位是錯誤的
　　類：
　　有預設的建構函式
　　有解構函式
　　可以使用 abstract 和 sealed
　　有protected 修飾符
　　必須使用new 初始化
　　三．如何選擇結構還是類
　　討論了結構與類的相同之處和差別之後，下面討論如何選擇使用結構還是類：
　　1．堆棧的空間有限，對於大量的邏輯的對象，建立類要比建立結構好一些
　　2．結構表示如點、矩形和顏色這樣的輕量對象，例如，如果聲明一個含有 1000 個點對象的數組，則將為引用每個對象分配附加的記憶體。在此情況下，結構的成本較低。
　　3．在表現抽象和多層級的對象層次時，類是最好的選擇
　　4．大多數情況下該類型只是一些資料時，結構時最佳的選擇
　　C++
　　在C++語言中struct具有了“類”　的功能，其與關鍵字class的區別在於struct中成員變數和函數的預設存取權限為public，而class的為private。

　　例如，定義struct類和class類：
　　struct structA
　　{
　　char a;
　　…
　　}
　　class classB
　　{
　　char a;
　　…
　　}
　　則：
　　struct A a;
　　a.a = 'a'; //訪問public成員，合法
　　classB b;
　　b.a = 'a'; //訪問private成員，不合法
　　許多文獻寫到這裡就認為已經給出了C++中struct和class的全部區別，實則不然，另外一點需要注意的是：
　　C++中的struct保持了對C中struct的全面相容（這符合C++的初衷——“a better c”），因而，下面的操作是合法的：
　　//定義struct
　　struct structA
　　{
　　char a;
　　char b;
　　int c;
　　};
　　structA a = {'a' , 'a' ,1}; // 定義時直接賦初值
　　即struct可以在定義的時候直接以{ }對其成員變數賦初值，而class則不能，在經典書目《thinking C++ 2nd edition》中作者對此點進行了強調。

　　struct用法深入探索
　　作者: Cloudward http://hi.baidu.com/wave_hq/blog/item/67252938bbc4f626b9998f40.html

本文轉自
http://hi.baidu.com/%CE%AC%BC%CE%BF%C6%BC%BC_%D0%A1%CB%D5/blog/item/03d93a1ea3c0691a4134170f.html