嵌入式C语言之struct深层探索
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面对某个人的大型 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和水平进行评估。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：
1struct structA
2{
3 int a;
4 char b;
5};
6struct structB
7{
8 char a;
9 short b;
10};
11struct structC
12{
13 int a;
14 char b;
15 float c;
16}
对于优秀的开发者来说报文的传送是这样设计的：
1struct CommuPacket
2{
3 int iPacketType; //报文类型标志
4 union //每次传送的是三种报文中的一种，使用 union
5 {
6 struct structA packetA; struct structB packetB;
7 struct structC packetC;
8 }
9};
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：
1 /* pSendData：发送字节流的首地址，iLen：要发送的长度 */
2Send(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：
1Send( (char *)&sendCommuPacket , sizeof(CommuPacket) );
假设接收函数的原形如下：
1// pRecvData：发送字节流的首地址，iLen：要接收的长度
2//返回值：实际接收到的字节数
3unsigned int Recv(char * pRecvData, unsigned int iLen)；
4
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：
1Recv( (char *)&recvCommuPacket , sizeof(CommuPacket) );
接着判断报文类型进行相应处理：
1switch(recvCommuPacket. iPacketType)
2{
3case PACKET_A:
4… //A 类报文处理
5break;
6case PACKET_B:
7… //B 类报文处理
8break;
9case PACKET_C:
10… //C 类报文处理
11break;
12}
以上程序中最值得注意的是：
1Send( (char *)&sendCommuPacket , sizeof(CommuPacket) );
2Recv( (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()：
1memset((char *)&sendCommuPacket,0, sizeof(CommuPacket));
2-struct的成员对齐
1#include <iostream>
2#pragma pack(8)
3using namespace std;
3struct example1
4{
5short a;
6long b;
7};
8struct example2
9{
10 char c;
11 example1 struct1;
12 short e;
13};
14#pragma pack()
15int main(int argc, char* argv[])
16{
17example2 struct2;
18cout << sizeof(example1) << endl;
19cout << sizeof(example2) << endl;
20cout << (unsigned int)(&struct2.struct1) - (unsigned int)(&struct2) << endl;
21return 0;
22}
问程序的输入结果是多少？
答案是：8 16 4
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：
1struct naturalalign
2{
3 char a;
4 short b;
5 char c;
6};
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（结构体对其就是看最长的是多少位，）；
如果改为：
1struct naturalalign
2{
3 char a;
4 int b;
5 char c;
6};
上面的结果明显是12，而不是6，我们来看，char是一个自己，int是4个字节，首先来结构体中最大的是int b，所以对其方式是以4字节来算的。因此，char a虽然是一个字节，但是在空间上需要开辟一个4字节空间。
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。
注意：如果#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：
1#pragma pack (n)
2struct naturalalign
3{
4 char a;
5 int b;
6 char c;
7};
8#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6。
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。
3-C 和 C++间 struct 的深层区别
例如，定义 struct 类和 class 类：
1struct structA
2{
3char a;
4…
5}
6class classB
7{
8 char a;
9 …
10}
11则：
12structA a;
13a.a = 'a'; //访问 public 成员，合法
14classB b;
15b.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 需要注意的是： 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：
1//定义 struct
2struct structA
3{
4char a;
5char b;
6int c;
7};
8structA 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 编程注意事项
1#include <iostream>
2using namespace std;
3struct structA
4{
5 int iMember;
6 char* cMember;
7};
8int main(int argc, char* argv[])
9{
10 structA instant1, instant2;
11 char c = 'a';
12 instant1.iMember = 1;
13 instant1.cMember = &c;
14 instant2 = instant1;
15 cout << *(instant1.cMember) << endl;
16 *(instant2.cMember) = 'b';
17 cout << *(instant1.cMember) << endl;
18 return 0;
19}
上面的结果输出顺序是：a,b;
为什么这样？因为我们在16行对instant2 的修改改变了 instant1 中成员的值！
原因在于14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。
