【71.1 結構體的內存生效。】
上一節講到結構體有三道標準工序“造模”和“生成”和“調用”,那么,結構體在哪道工序的時候才會開始占用內存(或者說內存生效)?答案是在第二道工序“生成”(或者說定義)的時候才產生內存開銷。第一道工序僅“造模”不“生成”是不會產生內存的。什么意思呢?請看下面的例子。
第一種情況:僅“造模”不“生成”。
struct StructMould //“造模”
{
unsigned char u8Data\_A;
unsigned char u8Data\_B;
};
分析:這種情況是沒有內存開銷的,盡管你已經寫下了數行代碼,但是C編譯器在翻譯此代碼的時候,它會識別到你偷工減料僅僅“造模”而不“生成”新變量,此時C編譯器會把你這段代碼忽略而過。
第二種情況:先“造模”再“生成”。
struct StructMould //“造模”
{
unsigned char u8Data\_A;
unsigned char u8Data\_B;
};
struct StructMould GtMould\_1; //“生成”一個變量GtMould\_1。占用2個字節內存
struct StructMould GtMould\_2; //“生成”一個變量GtMould\_2。占用2個字節內存
分析:這種情況才會占用內存。你“生成”變量越多,占用的內存就越大。像本例子,“生成”了兩個變量GtMould\_1和GtMould\_2,一個變量占用2個字節,兩個就一共占用了4個字節。結論:內存的占用是跟變量的“生成”有關。
【71.2 結構體的內存對齊。】
什么是對齊?為了確保內存的地址能整除某個“對齊倍數”(比如4)。比如以4為“對齊倍數”,在地址0存放一個變量a,因為地址0能整除“對齊倍數”4,所以符合“地址對齊”,接著往下再存放第二個變量b,緊接著的地址1不能整除“對齊倍數”4,此時,為了內存對齊,本來打算把變量b放到地址1的,現在就要更改挪到地址4才符合“地址對齊”,這就是內存對齊的含義。“對齊倍數”是什么?“對齊倍數”就是單片機的位數除以8。比如8位單片機的“對齊倍數”是1(8除以8),16位單片機是2(16除以8),32位單片機是4(32除以8)。本教程所用的單片機是8位的51內核單片機,因此“對齊倍數”是1。1是可以被任何整數整除的,因此,8位單片機在結構體的使用上被內存對齊的“干擾”是最小的。
為什么要對齊?單片機內部硬件層面一條指令處理的數據寬度是固定的,比如,因為一個字節是8位,所以,8位的單片機一次處理的數據寬度是1個字節(8除以8等于1),16位的單片機一次處理的數據寬度是2個字節(16位除以8位等于2),32位的單片機一次處理的數據寬度是4個字節(32位除以8位等于4),如果字節不對齊,本來單片機一個指令能處理的數據可能就要分解成2個指令甚至更多的指令,所以C編譯器為了讓單片機處于最佳狀態,在某些情況就會涉及內存對齊,結構體就涉及到內存對齊。
結構體的內存對齊表現在哪里呢?請看下面兩個例子:
第一個例子:8位單片機。
struct StructMould\_1 //“造模”
{
unsigned char u8Data; //一個unsigned char占用1個字節。
unsigned long u32Data; //一個unsigned long占用4個字節。
};
struct StructMould\_1 GtMould\_1; //占用多少個字節內存呢?
分析:GtMould\_1這個變量占用多少個內存字節呢?假設GtMould\_1的首地址是0,那么地址0就存放成員u8Data,u8Data占用1個字節,所以接下來的地址是1(0+1),問題來了,地址1能直接存放占用4個字節的成員u32Data嗎?因為8位單片機的“對齊倍數”是1(8除以8),那么地址1顯然是可以整除“對齊倍數”1的,因此,地址1是可以果斷存儲u32Data成員的。因此,GtMould\_1占用的總字節數是5(1+4),也就是u8Data和u32Data兩者所占字節數之和。
第二個例子:32位單片機。
struct StructMould\_1 //“造模”
{
unsigned char u8Data; //一個unsigned char占用1個字節。
unsigned long u32Data; //一個unsigned long占用4個字節。
};
struct StructMould\_1 GtMould\_1; //占用多少個字節內存呢?
分析:GtMould\_1這個變量占用多少個內存字節呢?假設GtMould\_1的首地址是0,那么地址0就存放成員u8Data,u8Data占用1個字節,所以接下來的地址是1(0+1),那么問題來了,地址1能直接存放占用4個字節的成員u32Data嗎?不能。因為32位單片機的“對齊倍數”是4(32除以8),那么地址1顯然是不可以整除“對齊倍數”4的,因此,就要把地址1更改挪到地址4這里才符合“地址對齊”,這樣,就意味著多插入了3個“填充的字節”,因此,GtMould\_1占用的總字節數是8(1+3+4),也就是“1個字節u8Data,3個填充字節,4個u32Data”三者所占字節數之和。那么問題又來了,如果把結構體內部成員u8Data和u32Data的位置順序更改一下,內存容量會有所改變嗎?位置順序更改后如下。
struct StructMould\_1 //“造模”
{
unsigned long u32Data; //一個unsigned long占用4個字節。
unsigned char u8Data; //一個unsigned char占用1個字節。
};
struct StructMould\_1 GtMould\_1; //占用多少個字節內存呢?
分析:更改u8Data和u32Data的位置順序后,u32Data在前u8Data在后,GtMould\_1這個變量占用多少個內存字節呢?假設GtMould\_1的首地址是0,那么地址0就存放成員u32Data,u32Data占用4個字節,所以接下來的地址是4(0+4),那么問題來了,地址4能直接存放占用1個字節的成員u8Data嗎?能。因為32位單片機的“對齊倍數”是4(32除以8),那么地址4顯然是可以整除“對齊倍數”4的,因此,地址4是可以果斷存儲u8Data的。那么,是不是GtMould\_1就占用5個字節呢?不是。因為結構體的內存對齊,還包括另外一條規定,那就是“一個結構體變量所占的內存總容量必須能整除該單片機的“對齊倍數”(單片機的位數除以8),如果不能,C編譯器就會擅自在最后一個成員的后面插入若干個“填充字節”來滿足這個規則”,根據這條規定,計算所得的總容量5是不能整除“對齊倍數”4的,必須再額外填充3個字節補足到8,才能整除“對齊倍數”4,因此,更改順序后,GtMould\_1還是占用8個字節(4+1+3),前4個字節是u32Data,中間1個字節是u8Data,后3個字節是“填充字節”。
因為本教程采用的是8位的51內核單片機,因此,在上述這個例子中,GtMould\_1所占的字節數是符合“第一個例子”的情況,也就是占用5個字節。內存對齊是遵守幾條嚴格的規則的,我只列出其中最關鍵的兩條給大家大致閱讀一下,有一個印象即可,不強求死記硬背,只需知道“結構體因為存在內存對齊,所以實際內存容量是有可能大于內部各成員類型字節數相加之和,尤其是16位或者32位這類單片機”就可以了。
第(1)條:結構體內部某個成員相對結構體首地址的偏移地址必須能整除該單片機的“對齊倍數”(單片機的位數除以8),如果不能,C編譯器就會擅自在各成員之間插入若干個“填充字節”來滿足這個規則。
第(2)條:一個結構體變量所占的內存總容量必須能整除該單片機的“對齊倍數”(單片機的位數除以8),如果不能,C編譯器就會擅自在最后一個成員的后面插入若干個“填充字節”來滿足這個規則。
【71.3 如何獲取某個結構體變量的內存容量?】
結構體存在內存對齊的問題,就說明它的內存占用情況不會像普通數組那樣一目了然,那么,我們編寫程序的時候怎么知道某個結構體變量占用了多少個字節數?答案是:用sizeof宏函數。比如:
struct StructMould\_1
{
unsigned long u32Data;
unsigned char u8Data;
};
struct StructMould\_1 GtMould\_1;
unsigned long a; //此變量用來獲取結構體變量GtMould\_1所占用的字節總數
void main() //主函數
{
a=sizeof(GtMould\_1); //利用宏函數sizeof獲取結構體變量所占用的字節總數
}
【71.4 結構體之間的賦值。】
結構體之間的賦值有兩種,第一種是成員之間“一對一”的賦值,第二種是整個結構體之間“面對面”的整體賦值。第一種成員賦值像普通變量賦值那樣,沒有那么多套路和忌諱,數據傳遞安全可靠。第二種整個結構體之間賦值在編程體驗上帶有“一鍵操作”的快感,但是要注意避開一些“雷區”,首先,整體賦值的前提是必須保證兩個結構體變量都是同一個“結構體模板”造出來的變量,不同“模板”的結構體變量之間禁止“整體賦值”,其次,哪怕是“同一個模板”的結構體變量,也并不是所有的“同模板結構體”變量都能實現整個結構體之間的直接賦值,只有在結構體內部成員比較簡單的情況下才適合“整體賦值”,如果結構體內部包含有“指針”或者“字符串”或者“其它結構體中的結構體”,這類情況就比較復雜,這時建議大家繞開有“雷區”的“整體賦值”而直接選用安全可靠的“成員賦值”。什么是“成員賦值”什么是“整體賦值”?請看下面兩個例子。
第一種:成員賦值。把結構體變量GtMould\_2\_A賦值給GtMould\_2\_B。
struct StructMould\_2 //“造模”
{
unsigned long u32Data;
unsigned char u8Data;
};
struct StructMould\_2 GtMould\_2\_A; //生成第1個結構體變量
struct StructMould\_2 GtMould\_2\_B //生成第2個結構體變量
void main() //主函數
{
//先給GtMould\_2\_A賦初值。
GtMould\_2\_A.u32Data=1;
GtMould\_2\_A.u8Data=2;
//通過“成員賦值”,把結構體變量GtMould\_2\_A賦值給GtMould\_2\_B。
GtMould\_2\_B.u32Data=GtMould\_2\_A.u32Data; //成員之間“一對一”的賦值
GtMould\_2\_B.u8Data=GtMould\_2\_A.u8Data; //成員之間“一對一”的賦值
}
第二種:整體賦值。把結構體變量GtMould\_2\_A賦值給GtMould\_2\_B。
struct StructMould\_2 //“造模”
{
unsigned long u32Data;
unsigned char u8Data;
};
struct StructMould\_2 GtMould\_2\_A; //生成第1個結構體變量
struct StructMould\_2 GtMould\_2\_B //生成第2個結構體變量
void main() //主函數
{
//先給GtMould\_2\_A賦初值。
GtMould\_2\_A.u32Data=1;
GtMould\_2\_A.u8Data=2;
//通過“整體賦值”,把結構體變量GtMould\_2\_A賦值給GtMould\_2\_B。
GtMould\_2\_B=GtMould\_2\_A; //整體之間“一次性”的賦值
}
上述例子中的整體賦值,是因為結構體內部的數據比較“簡單”,沒有包含“指針”或者“字符串”或者“其它結構體中的結構體”這類數據成員,如果包含這類成員,建議大家不要用整體賦值。比如遇到以下這類結構體就建議大家直接用安全可靠的“成員賦值”:
struct StructMould //“造模”
{
unsigned char u8String\[\]=”String”; //字符串
unsigned char \*pu8Data; //指針
struct StructOtherMould GtOtherMould; //結構體中的結構體
};
【71.5 例程練習和分析。】
現在編寫一個練習的程序:
/\*---C語言學習區域的開始。-----------------------------------------------\*/
struct StructMould\_1 //“造模”
{
unsigned long u32Data; //一個unsigned long占用4個字節。
unsigned char u8Data; //一個unsigned char占用1個字節。
};
struct StructMould\_2 //“造模”
{
unsigned char u8Data;
unsigned long u32Data;
};
struct StructMould\_1 GtMould\_1; //占用多少個字節內存呢?
struct StructMould\_2 GtMould\_2\_A;
struct StructMould\_2 GtMould\_2\_B;
unsigned long a; //此變量用來獲取結構體變量GtMould\_1所占用的字節總數
void main() //主函數
{
a=sizeof(GtMould\_1); //利用宏函數sizeof獲取結構體變量GtMould\_1所占用的字節總數
//先給GtMould\_2\_A賦初值。
GtMould\_2\_A.u32Data=1;
GtMould\_2\_A.u8Data=2;
//通過“整體賦值”,把結構體變量GtMould\_2\_A賦值給GtMould\_2\_B。
GtMould\_2\_B=GtMould\_2\_A; //整體之間“一次性”的賦值
View(a); //把a發送到電腦端觀察
View(GtMould\_2\_B.u32Data); //把結構體成員GtMould\_2\_B.u32Data發送到電腦端觀察
View(GtMould\_2\_B.u8Data); //把結構體成員GtMould\_2\_B.u8Data發送到電腦端觀察
while(1)
{
}
}
/\*---C語言學習區域的結束。-----------------------------------------------\*/
在電腦串口助手軟件上觀察到的程序執行現象如下:
開始...
第1個數
十進制:5
十六進制:5
二進制:101
第2個數
十進制:1
十六進制:1
二進制:1
第3個數
十進制:2
十六進制:2
二進制:10
分析:
GtMould\_1所占的字節數a為5。
GtMould\_2\_B的結構體成員GtMould\_2\_B.u32Data為1。
GtMould\_2\_B的結構體成員GtMould\_2\_B.u8Data為2。
【71.6 如何在單片機上練習本章節C語言程序?】
直接復制前面章節中第十一節的模板程序,練習代碼時只需要更改“C語言學習區域”的代碼就可以了,其它部分的代碼不要動。編譯后,把程序下載進帶串口的51學習板,通過電腦端的串口助手軟件就可以觀察到不同的變量數值,詳細方法請看第十一節內容。
- 首頁
- 第一節:我的價值觀
- 第二節:初學者的疑惑
- 第三節:單片機最重要的一個特性
- 第四節:平臺軟件和編譯器軟件的簡介
- 第五節:用Keil2軟件關閉,新建,打開一個工程的操作流程
- 第六節:把.c源代碼編譯成.hex機器碼的操作流程
- 第七節:本節預留
- 第八節:把.hex機器碼程序燒錄到單片機的操作流程
- 第九節:本節預留
- 第十節:程序從哪里開始,要到哪里去?
- 第十一節:一個在單片機上練習C語言的模板程序
- 第十二節:變量的定義和賦值
- 【TODO】第十三節:賦值語句的覆蓋性
- 【TODO】第十四節:二進制與字節單位,以及常用三種變量的取值范圍
- 【TODO】第十五節:二進制與十六進制
- 【TODO】第十六節:十進制與十六進制
- 【TODO】第十七節:加法運算的5種常用組合
- 【TODO】第十八節:連加、自加、自加簡寫、自加1
- 【TODO】第十九節:加法運算的溢出
- 【TODO】第二十節:隱藏中間變量為何物?
- 【TODO】第二十一節:減法運算的5種常用組合。
- 【TODO】第二十二節:連減、自減、自減簡寫、自減1
- 【TODO】第二十三節:減法溢出與假想借位
- 【TODO】第二十四節:借用unsigned long類型的中間變量可以減少溢出現象
- 【TODO】第二十五節:乘法運算中的5種常用組合
- 【TODO】第二十六節:連乘、自乘、自乘簡寫,溢出
- 【TODO】第二十七節:整除求商
- 【TODO】第二十八節:整除求余
- 【TODO】第二十九節:“先余后商”和“先商后余”提取數據某位,哪家強?
- 【TODO】第三十節:邏輯運算符的“與”運算
- 【TODO】第三十一節:邏輯運算符的“或”運算
- 【TODO】第三十二節:邏輯運算符的“異或”運算
- 【TODO】第三十三節:邏輯運算符的“按位取反”和“非”運算
- 【TODO】第三十四節:移位運算的左移
- 【TODO】第三十五節:移位運算的右移
- 【TODO】第三十六節:括號的強制功能---改變運算優先級
- 【TODO】第三十七節:單字節變量賦值給多字節變量的疑惑
- 【TODO】第三十八節:第二種解決“運算過程中意外溢出”的便捷方法
- 【TODO】第三十九節:if判斷語句以及常量變量的真假判斷
- 【TODO】第四十節:關系符的等于“==”和不等于“!=”
- 【TODO】第四十一節:關系符的大于“>”和大于等于“>=”
- 【TODO】第四十二節:關系符的小于“<”和小于等于“<=”
- 【TODO】第四十三節:關系符中的關系符:與“&&”,或“||”
- 【TODO】第四十四節:小括號改變判斷優先級
- 【TODO】第四十五節: 組合判斷if...else if...else
- 【TODO】第四十六節: 一維數組
- 【TODO】第四十七節: 二維數組
- 【TODO】第四十八節: while循環語句
- 【TODO】第四十九節: 循環語句do while和for
- 【TODO】第五十節: 循環體內的continue和break語句
- 【TODO】第五十一節: for和while的循環嵌套
- 【TODO】第五十二節: 支撐程序框架的switch語句
- 【TODO】第五十三節: 使用函數的三要素和執行順序
- 【TODO】第五十四節: 從全局變量和局部變量中感悟“棧”為何物
- 【TODO】第五十五節: 函數的作用和四種常見書寫類型
- 【TODO】第五十六節: return在函數中的作用以及四個容易被忽略的功能
- 【TODO】第五十七節: static的重要作用
- 【TODO】第五十八節: const(./book/或code)在定義數據時的作用
- 【TODO】第五十九節: 全局“一鍵替換”功能的#define
- 【TODO】第六十節: 指針在變量(./book/或常量)中的基礎知識
- 【TODO】第六十一節: 指針的中轉站作用,地址自加法,地址偏移法
- 【TODO】第六十二節: 指針,大小端,化整為零,化零為整
- 【TODO】第六十三節: 指針“化整為零”和“化零為整”的“靈活”應用
- 【TODO】第六十四節: 指針讓函數具備了多個相當于return的輸出口
- 【TODO】第六十五節: 指針作為數組在函數中的入口作用
- 【TODO】第六十六節: 指針作為數組在函數中的出口作用
- 【TODO】第六十七節: 指針作為數組在函數中既“入口”又“出口”的作用
- 【TODO】第六十八節: 為函數接口指針“定向”的const關鍵詞
- 【TODO】第六十九節: 宏函數sizeof(./book/)
- 【TODO】第七十節: “萬能數組”的結構體
- 【TODO】第七十一節: 結構體的內存和賦值
- 【TODO】第七十二節: 結構體的指針
- 【TODO】第七十三節: 結構體數據的傳輸存儲和還原
- 【TODO】第七十四節: 結構體指針在函數接口處的頻繁應用
- 【TODO】第七十五節: 指針的名義(例:一維指針操作二維數組)
- 【TODO】第七十六節: 二維數組的指針
- 【TODO】第七十七節: 指針唯一的“單向輸出”通道return
- 【TODO】第七十八節: typedef和#define和enum
- 【TODO】第七十九節: 各種變量常量的命名規范
- 【TODO】第八十節: 單片機IO口驅動LED
- 【TODO】第八十一節: 時間和速度的起源(指令周期和晶振頻率)
- 【TODO】第八十二節: Delay“阻塞”延時控制LED閃爍
- 【TODO】第八十三節: 累計主循環的“非阻塞”延時控制LED閃爍
- 【TODO】第八十四節: 中斷與中斷函數
- 【TODO】第八十五節: 定時中斷的寄存器配置
- 【TODO】第八十六節: 定時中斷的“非阻塞”延時控制LED閃爍
- 【TODO】第八十七節: 一個定時中斷產生N個軟件定時器
- 【TODO】第八十八節: 兩大核心框架理論(四區一線,switch外加定時中斷)
- 【TODO】第八十九節: 跑馬燈的三種境界
- 【TODO】第九十節: 多任務并行處理兩路跑馬燈
- 【TODO】第九十一節: 蜂鳴器的“非阻塞”驅動
- 【TODO】第九十二節: 獨立按鍵的四大要素(自鎖,消抖,非阻塞,清零式濾波)
- 【TODO】第九十三節: 獨立按鍵鼠標式的單擊與雙擊
- 【TODO】第九十四節: 兩個獨立按鍵構成的組合按鍵
- 【TODO】第九十五節: 兩個獨立按鍵的“電腦鍵盤式”組合按鍵
- 【TODO】第九十六節: 獨立按鍵“一鍵兩用”的短按與長按
- 【TODO】第九十七節: 獨立按鍵按住不松手的連續均勻觸發
- 【TODO】第九十八節: 獨立按鍵按住不松手的“先加速后勻速”的觸發
- 【TODO】第九十九節: “行列掃描式”矩陣按鍵的單個觸發(原始版)
- 【TODO】第一百節: “行列掃描式”矩陣按鍵的單個觸發(優化版)
- 【TODO】第一百零一節: 矩陣按鍵鼠標式的單擊與雙擊
- 【TODO】第一百零二節: 兩個“任意行輸入”矩陣按鍵的“有序”組合觸發
- 【TODO】第一百零三節: 兩個“任意行輸入”矩陣按鍵的“無序”組合觸發
- 【TODO】第一百零四節: 矩陣按鍵“一鍵兩用”的短按與長按
- 【TODO】第一百零五節: 矩陣按鍵按住不松手的連續均勻觸發
- 【TODO】第一百零六節: 矩陣按鍵按住不松手的“先加速后勻速”觸發
- 【TODO】第一百零七節: 開關感應器的識別與軟件濾波
- 【TODO】第一百零八節: 按鍵控制跑馬燈的啟動和暫停和停止
- 【TODO】第一百零九節: 按鍵控制跑馬燈的方向
- 【TODO】第一百一十節: 按鍵控制跑馬燈的速度
- 第一百一十一節: 工業自動化設備的開關信號的運動控制
- 【TODO】第一百一十二節: 數碼管顯示的基礎知識
- 【TODO】第一百一十三節: 動態掃描的數碼管顯示數字
- 【TODO】第一百一十四節: 動態掃描的數碼管顯示小數點
- 【TODO】第一百一十五節: 按鍵控制數碼管的秒表
- 【TODO】第一百一十六節: 按鍵控制數碼管的倒計時
- 【TODO】第一百一十七節: 按鍵切換數碼管窗口來設置參數
- 【TODO】第一百一十八節: 按鍵讓某位數碼管閃爍跳動來設置參數
- 【TODO】第一百一十九節: 一個完整的人機界面的程序框架的脈絡
- 【TODO】第一百二十節: 按鍵切換窗口切換局部來設置參數
- 【TODO】第一百二十一節: 可調參數的數碼管倒計時
- 【TODO】第一百二十二節: 利用定時中斷做的“時分秒”數顯時鐘
- 【TODO】第一百二十三節: 一種能省去一個lock自鎖變量的按鍵驅動程序
- 【TODO】第一百二十四節: 數顯儀表盤顯示“速度、方向、計數器”的跑馬燈
- 【TODO】第一百二十五節: “雙線”的肢體接觸通信
- 【TODO】第一百二十六節: “單線”的肢體接觸通信
- 【TODO】第一百二十七節: 單片機串口接收數據的機制
- 【TODO】第一百二十八節: 接收“固定協議”的串口程序框架
- 【TODO】第一百二十九節: 接收帶“動態密匙”與“累加和”校驗數據的串口程序框架
- 【TODO】第一百三十節: 接收帶“動態密匙”與“異或”校驗數據的串口程序框架
- 【TODO】第一百三十一節: 靈活切換各種不同大小“接收內存”的串口程序框架
- 【TODO】第一百三十二節:“轉發、透傳、多種協議并存”的雙緩存串口程序框架
- 【TODO】第一百三十三節:常用的三種串口發送函數
- 【TODO】第一百三十四節:“應用層半雙工”雙機串口通訊的程序框架