Размещение структурных переменных в памяти

При анализе размеров структурных переменных иногда число байт, выделенных компилятором под структурную переменную, оказывается больше, чем сумма байт ее полей. Это связано с тем, что компилятор выделяет участок ОП для структурных переменных с учетом выравнивания границ, добавляя между полями пустые байты по следующим правилам:

– структурные переменные, являющиеся элементами массива, начинаются на границе слова, т.е. с четного адреса;

– любое поле структурной переменной начинается на границе слова, т.е. с четного адреса и имеет четное смещение по отношению к началу переменной;

– при необходимости в конец переменной добавляется пустой байт, чтобы общее число байт было четное.

Объединения

Объединение – поименованная совокупность данных разных типов, размещаемых с учетом выравнивания в одной и той же области памяти, размер которой достаточен для хранения наибольшего элемента.

Объединенный тип данных декларируется подобно структурному типу:

union ID_объединения {

описание полей

};

Пример описания объединенного типа:

union word {

int nom;

char str[20];

};

Пример объявления объектов объединенного типа:

union word *p_w, mas_w[100];

Объединения применяют для экономии памяти в случае, когда объединяемые элементы логически существуют в разные моменты времени либо требуется разнотипная интерпретация поля данных.

Практически все вышесказанное для структур имеет место и для объединений. Декларация данных типа union, создание переменных этого типа и обращение к полям объединений производится аналогично структурам.

Пример использования переменных типа union:

. . .

typedef union q {

int a;

double b;

char s[5];

} W;

void main(void)

{

W s, *p = &s;

s.a = 4;

printf(“\n Integer a = %d, Sizeof(s.a) = %d”, s.a, sizeof(s.a));

p –> b = 1.5;

printf(“\n Double b = %lf, Sizeof(s.b) = %d”, s.b, sizeof(s.b));

strcpy(p–>s, “Minsk”);

printf(“\n String a = %s, Sizeof(s.s) = %d”, s.s, sizeof(s.s));

printf(“\n Sizeof(s) = %d”, sizeof(s));

}

Результат работы программы:

Integer a = 4, Sizeof(s.a) = 2

Double b = 1.500000, Sizeof(s.b) = 4

String a = Minsk, Sizeof(s.s) = 5

Sizeof(s) = 5

Перечисления

Перечисления – средство создания типа данных посредством задания ограниченного множества значений.

Определение перечисляемого типа данных имеет вид

enum ID_перечисляемого_типа {

список_значений

};

Значения данных перечисляемого типа указываются идентификаторами, например:

enum marks {

zero, one, two, three, four, five

};

Компилятор последовательно присваивает идентификаторам списка значений целочисленные величины 0, 1, 2,... . При необходимости можно явно задать значение идентификатора, тогда очередные элементы списка будут получать последующие возрастающие значения. Например:

enum level {

low=100, medium=500, high=1000, limit

};

Константа limit по умолчанию получит значение, равное 1001.

Примеры объявления переменных перечисляемого типа:

enum marks Est;

enum level state;

Переменная типа marks может принимать только значения из множества {zero, one, two, three, four, five}.

Основные операции с данными перечисляемого типа:

– присваивание переменных и констант одного типа;

– сравнение для выявления равенства либо неравенства.

Практическое назначение перечисления – определение множества различающихся символических констант целого типа.

Пример использования переменных перечисляемого типа:

. . .

typedef enum {

mo=1, tu, we, th, fr, sa, su

} days;

void main(void)

{

days w_day; // Переменная перечисляемого типа

int t_day, end, start;

// Текущий день недели, начало и конец недели соответственно

puts(“ Введите день недели (от 1 до 7) : ”);

scanf(“%d”, &t_day);

w_day = su;

start = mo;

end = w_day – t_day;

printf(“\n Понедельник – %d день недели, \

сейчас %d – й день и \n\

до конца недели %d дн. ”, start, t_day, end );

}

Результат работы программы:

Введите день недели (от 1 до 7) : 5

Понедельник – 1 день недели, сейчас 5-й день и

до конца недели 2 дн.

Битовые поля

Битовые поля – это особый вид полей структуры. Они используются для плотной упаковки данных, например, флажков типа «да/нет». Минимальная адресуемая ячейка памяти – 1 байт, а для хранения флажка достаточно одного бита. При описании битового поля после имени через двоеточие указывается длина поля в битах (целая положительная константа), не превышающая разрядности поля типа int:

struct fields {

unsigned int flag: 1;

unsigned int mask: 10;

unsigned int code: 5;

};

Битовые поля могут быть любого целого типа. Имя поля может отсутствовать, такие поля служат для выравнивания на аппаратную границу. Доступ к полю осуществляется обычным способом – по имени. Адрес поля получить нельзя, однако в остальном битовые поля можно использовать точно так же, как обычные поля структуры. Следует учитывать, что операции с отдельными битами реализуются гораздо менее эффективно, чем с байтами и словами, так как компилятор должен генерировать специальные коды и экономия памяти под переменные оборачивается увеличением объема кода программы. Размещение битовых полей в памяти зависит от компилятора и аппаратуры. В основном битовые поля размещаются последовательно в поле типа int, а при нехватке места для очередного битового поля происходит переход на следующее поле типа int. Возможно объявление безымянных битовых полей, а длина поля 0 означает необходимость перехода на очередное поле int:

struct areas {

unsigned f1: 1;

: 2; – безымянное поле длиной 2 бита;

unsigned f2: 5;

: 0 – признак перехода на следующее поле int;

unsigned f3:5;

double data;

char buffs[100]; – структура может содержать элементы любых

типов данных;

};

Битовые поля могут использоваться в выражениях как целые числа соответствующей длины поля разрядности в двоичной системе исчисления. Единственное отличие этих полей от обычных объектов – запрет операции определения адреса (&). Следует учитывать, что использование битовых полей снижает быстродействие программы по сравнению с представлением данных в полных полях из-за необходимости выделения битового поля.