C之 struct 和 union（十）

        在 C 語言中我們經常會使用到 struct 和 union，那么它們兩個各自有何特點呢？今天我們就一探究竟。

        我們先來介紹下 struct 。它可以看做是變量的集合，那么一個空的結構體占多大內存呢？這是一個有趣的問題，按照理論分析，它應該是0。但是按照 C 語言的設計思想來說，不可能存在空結構體的，定義一個空結構體沒意義啊，所以應該報錯的。下來我們就分別在 gcc 和 BCC 編譯器上實驗下。由于代碼比較簡單，就不貼代碼了，我們直接來結果。圖一為在 gcc 編譯器下編譯的，圖二為在 BCC 編譯器下編譯的。

                                              圖一

                                                        圖二

        那么我們可以看到在 gcc 編譯器中，它支持我們的第一種看法，即認為占0個字節的內存。但是在 BCC 編譯器中，它認為這樣是不合法的，定義空結構體根本沒必要，所以直接報錯了。

        那么我們在 C 語言中定義一個組數時，平常情況下只能定義大小是固定的數組。有沒有什么辦法讓我們在 C 語言中定義一個動態大小的數組呢？辦法當然是有的，這時我們就要用到我們的 struct 了。我們可以利用 struct 來定義一個大小待定的數組，我們稱之為柔性數組。 在 C 語言中結構體的最后一個元素可以是大小未知的數組，那么在結構體中的數組便是一個待使用的標識符，并不占用存儲空間。不信嗎？我們來做個實驗，代碼如下：

#include <stdio.h>

struct TS
{
    int len;
    int array[];
};

int main()
{ 
    printf("sizeof(struct TS) = %d\n", sizeof(struct TS));
      
    return 0;
}

        我們先來分析下這個代碼，結構體 TS 中定義了一個 int 類型的變量 len，還有個大小未知的數組 array。那么這個可以編譯通過嗎？如果可以，它的大小又會是多少呢？我們來看看結果：

        我們可以看到編譯器并沒有報錯，也就證明是可以這樣定義的，并且它的大小為 4 。這說明數組 array 并沒有占用內存。下來我們來介紹下柔性數組的用法，如下圖所示

        我們來使用下柔性數組，代碼如下：

#include <stdio.h>
#include <malloc.h>

struct SoftArray
{
    int len;
    int array[];
};

struct SoftArray* create_soft_array(int size)
{
    struct SoftArray* ret = NULL;
    
    if( size > 0 )
    {
        ret = (struct SoftArray*)malloc(sizeof(struct SoftArray) + sizeof(int) * size);
        
        ret->len = size;
    }
    
    return ret;
}

void delete_SoftArray(struct SoftArray* sa)
{
    free(sa);
}

void func(struct SoftArray* sa)
{
    int i = 0;
    
    if( NULL != sa )
    {
        for(i=0; i<sa->len; i++)
        {
            sa->array[i] = i + 1;
        }
    }
}

int main()
{ 
    int i = 0;
    struct SoftArray* sa = create_soft_array(5);
    
    func(sa);
    
    for(i=0; i<sa->len; i++)
    {
        printf("sa[%d] = %d\n", i, sa->array[i]);
    }
    
    delete_SoftArray(sa);
      
    return 0;
}

        我們來看下編譯后的結果

        我們已經成功實現了一個柔性數組，可以自己指定這個數組的大小了。

        下來我們來介紹下 C 語言中的 union，它在語法上跟 struct 很像。但是 union 只分配最大的成員變量的空間，所有成員共享這個空間。union 的使用受系統大小端的影響，我們來看看系統的大小端內存是怎樣分配的，如下圖所示：

        那么在小端模式下，數據存儲在低位地址上。大端則相反，但是我們的程序取數據總是從低地址開始取的。在上圖中的程序中，如果系統是小端，則輸出為 1，反之則為 0。根據 union 這個特性，我們可以寫一個判斷系統大小端的函數。這道題也是筆試中我們經常會見到的，代碼如下：

#include <stdio.h>

int System_mode()
{
    union SM
    {
        int i;
        char c;
    };
    
    union SM sm;
    
    sm.i = 1;
    
    return sm.c;
}

int main()
{ 
    if( 1 == System_mode() )
    {
        printf("小端模式\n");
    }
    else
    {
        printf("大端模式\n");
    }
      
    return 0;
}

        我們編譯后結果如下：

        那么我們本節學習了 struct 和 union 的有關特性，通過本節學習，總結如下：1、struct 中每個數據成員有獨立的存儲空間，可以通過最后的數組標識符產生柔性數組；2、union 中所有的數據成員共享同一個存儲空間，同時它的使用會受到系統大小端的影響。后面我們會繼續對 C 語言的學習。

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