C 编译器对结构空间的分配及其应用

文章类别：C语言程序设计 | 发表日期:2008-9-24 14:38:20

C编译器对结构空间缺省的分配

　　 在C语言中，结构是一种复合数据类型，其构成元素既可以是基本数据类型（如int、long、float等）的变量，也可以是一些复合数据类型（如数组、结构、联合等等）的数据单元。在结构中，编译器为结构的每个成员按其自然对界（alignment）条件分配空间；各个成员按照它们被声明的顺序在内存中顺序存储，第一个成员的地址和整个结构的地址相同。在缺省情况下，C编译器为每一个变量或是数据单元按其自然对界条件分配空间

例如，下面的结构各成员空间分配情况：
struct test {
char x1;
short x2;
float x3;
char x4;
};
　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　
结构的第一个成员x1，其偏移地址为0，占据了第1个字节。第二个成员x2为short类型，其起始地址必须2字节对界，因此，编译器在x2和x1之间填充了一个空字节。结构的第三个成员x3和第四个成员x4恰好落在其自然对界地址上，在它们前面不需要额外的填充字节。在test结构中，成员x3要求4字节对界，是该结构所有成员中要求的最大对界单元，因而test结构的自然对界条件为4字节，编译器在成员x4后面填充了3个空字节。整个结构所占据空间为12字节。

结构中的位段
　　 所谓位段是以位为单位定义长度的结构体类型中的成员。编译器对结构中位段的分配遵从下面几点原则：
? 对于长度为0的位段，其下一个位段从下一个存储单元开始存放：
如：
struct T {
unsigned char a : 1;
unsigned char b : 2;
unsigned : 0;
unsigned c : 3;
};
　　 结构T的成员a和b在一个存储单元中，c则在另一个存储单元中。
　　 · 一个位段必须存储在同一存储单元中，不能跨两个单元：
如：
struct T {
unsigned char a : 4;
unsigned char b : 6;
};
　　 结构T的成员a在一个存储单元中，b则在另一个存储单元中。

更改C编译器的缺省分配策略
　　 一般地，可以通过下面的两种方法改变缺省的对界条件：
　　 · 使用伪指令#pragma pack ([n])
　　 · 在编译时使用命令行参数
#pragma pack ([n])伪指令答应你选择编译器为数据分配空间所采取的对界策略.

　　 在Microsfot Visual C++中，命令行参数/Zp[n]可以改变缺省对界条件；在Borland C++ Builder中，命令行参数-a[n]可以改变缺省对界条件。n的含义和#pragma pack中的n相同。
　　 例如，在使用了#pragma pack (1)伪指令后，test结构各成员的空间分配情况.

应用实例

　　 我们在日常编程工作中，非凡是对一些网络事务的处理，经常会同其他人有着各种各样的协议：如我传给你20字节的头，前4个字节表示……等等。很多人都是通过指针偏移的方法来得到各种信息，这样做，不仅编程复杂，而且一旦协议有变化，程序修改起来也比较麻烦。在了解了编译器对结构空间的分配原则之后，我们完全可以利用这一特性定义自己的协议结构，通过访问结构的成员来获取各种信息。这样做，不仅简化了编程，而且即使协议发生变化，我们也只需修改协议结构的定义即可，其它程序无需修改，省时省力。下面以TCP协议首部为例，说明如何定义协议结构。

其协议结构定义如下：
struct TCPHEADER {
short SrcPort; // 16位源端口号
short DstPort; // 16位目的端口号
int SerialNo; // 32位序列号
int AckNo; // 32位确认号
unsigned char HaderLen : 4; // 4位首部长度
unsigned char Reserved1 : 4; // 保留6位中的4位
unsigned char Reserved2 : 2; // 保留6位中的2位
unsigned char URG : 1;
unsigned char ACK : 1;
unsigned char PSH : 1;
unsigned char RST : 1;
unsigned char SYN : 1;
unsigned char FIN : 1;
short WindowSize; // 16位窗口大小
short TcpChkSum; // 16位TCP检验和
short UrgentPointer; // 16位紧急指针
};
其协议结构还可以定义为如下的形式：
struct TCPHEADER {
short SrcPort; // 16位源端口号
short DstPort; // 16位目的端口号
int SerialNo; // 32位序列号
int AckNo; // 32位确认号
unsigned char HaderLen : 4; // 4位首部长度
unsigned char : 0; // 保留6位中的4位
unsigned char Reserved : 2; // 保留6位中的2位
unsigned char URG : 1;
unsigned char ACK : 1;
unsigned char PSH : 1;
unsigned char RST : 1;
unsigned char SYN : 1;
unsigned char FIN : 1;
short WindowSize; // 16位窗口大小
short TcpChkSum; // 16位TCP检验和
short UrgentPointer; // 16位紧急指针
};

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