Расположение структурных переменных в памяти

Изучая структуры, имеет смысл обращать внимание на их представление в памяти компьютера. Порядок описания полей в определении структурного типа задаёт порядок их расположения в памяти.

Рассмотрим структуру:

struct {

long L;

int i1, i2;

char c[4];

     } STR1;

 

 

В памяти каждый элемент имеет свое место, и размещаются они последовательно:

                      f0 f1 f2 f3 f4 f5 f6 f7 f8   f9 fa fb fc fd fe ff

                             long L            int i1          int i2      char c[4]

 

Компилятор выделяет под структурную переменную STR1 число байтов памяти, достаточное для хранения всех ее полей. Однако выделенное количество байт не всегда равно сумме длин отдельных полей из-за влияния дополнительного фактора внутреннего представления структурных переменных, называемого выравниванием.

При выравнивании на границе байта отдельные поля структурной переменной в памяти располагаются без зазоров, с любого четного или нечетного адреса; размер занимаемой структурной переменной памяти равен сумме размеров полей шаблона структуры.

Выравнивание на границе байта устанавливает директива препроцессора
# pragma pack (push,n);  аргумент n задает выравнивание данных в структурах на n байт (n=(1,2,4,8,16)). Отмена директивы: #pragma pack(pop). Директива # pragma pack (show) выводит в качестве warning значение выравнивания по умолчанию, например: value of pragma pack(show) == 8.

При выравнивании на границе слова компилятор при размещении структурной переменной в памяти может вставлять между полями пустые байты для того, чтобы соблюдались следующие правила:

· отдельная структурная переменная (элемент массива структурных переменных) начинается на границе слова;

· любое поле, тип которого не совпадает с типом char, будет начинаться на границе слова;

· при необходимости в конце структурной переменной добавляются байты.

 

Расположение в памяти структурной переменной STR2 при наличии выравнивания на границе 4 –х байт:

struct {

long L;

char c[3];

int i1, i2;

     } STR2;

                      f0 f1 f2 f3 f4 f5 f6 f7 f8 f9 fa  fb fc fd fe ff

                      long L         char c[3]       int i1           int i2          

Сумма размеров элементов структуры (4+3+4+4=15) меньше, чем отведено структуре в целом (16) из-за того, что размер массива char c[3]; не кратен длине слова компьютера и перед элементом int i1 для выравнивания вставлен пустой байт.

 

Выделенное число байт возвращает операция sizeof.

Инициализация структурных переменных

Разрешается выполнять инициализацию полей структурной переменной при её определении. Например:

 

struct Book {char name[20];          //определение шаблона структуры

       char title[44];

       int year;

       float price;

};

 

Book              // инициализация структурных переменных при их определении

  first_book = {"Mitchel M.",

             "Unesennie vetrom",

             2007,

              20000 },

child_book = {"Troepolskij G.",

"Belij Bim Chernoe Ucho",

2006,

10000 },

dog_book = {…..};

 

 

Инициализирующие значения располагаются в порядке объявления полей в структурном типе. Типы инициализирующих значений должны быть совместимы с типами соответствующих полей в определении структурного типа.

 

Вложенные структуры

Поле, являющееся структурой, называют вложенной структурой. Естественно, что шаблон вкладываемой структуры должен быть уже известен компилятору. Например:

struct UDC { char class, subclass; int number; };

struct Book     { struct UDC udc_class;

                  char name [20];

                  char title[44];

                  int year;

                  float price;

  } first_book, child_book, dog_book;

 

Ссылка на поле вложенной структуры формируется из имени структурной переменной, имени структурного поля и имени вложенной структуры. Перечисленные имена разделяются символом «точка». Например:

first_ book. udc_ class. class = ‘A’; // ( first_book. udc_class ). class.

dog_book. udc_class. number = 681;

child_ book. udc_ class. class = 65;    //объяснить, почему верно

 

Теоретически не существует ограничения на величину уровня вложенности структур.

 

Пусть имеем вложенные структуры:

struct Distance           //длина в километрах и метрах

        { int km, m;

};

struct Pole          //размеры прямоугольного поля

       { Distance length;

         Distance width,

};

 

Тогда инициализация структурной переменной типа Pole  выглядит так:

Pole pole = { { 2, 20 }, { 1, 5 }};