用C語言編程，如何節省存儲空間？

嵌入式ARM 2021-11-30 12:00

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一、C語言的共用體union

共用體是一種特殊的數據類型，允許您在相同的內存位置存儲不同的數據類型。

什么意思呢，就是在同一塊內存存儲可以定義多個數據類型，但是在使用的時候，只有一個變量有效。

這里就有一個問題，變量有大有小呀，對的，所以這個時候共用體的空間為內部變量最大占用空間的值。

如此這般，共用體就可以通過共享存儲空間，來避免當前沒有被使用的變量所造成的存儲空間的浪費。

共用體的成員可以使用任何數據類型，但是一個共用體所占用的存儲空間的字節總數，必須保證至少足以能夠容納其占用空間字節數最大的成員。并且共用體每次只允許訪問一個成員，也就是一種數據類型，確保按照正確的數據類型來訪問共用體中的數據，就是你的責任了。

先看看union的格式：

union [tag]{member definition;member definition;...member definition;} [variables];

其中：

union為類型變量；
tag為共用體的標記；
member definition為變量的定義；

舉個例子：

union test{int i;float f;double d;char  str[20];} data;

通過這個例子可以看到，這個結構體的大小是多少呢？可以通過程序來確認一下。

OK，這次我們來聊聊結構體。

任務來了，我想讓你給學生建立一個數據庫，該怎么來做。

這個學生包含的信息如下：

ID：也就是學號，唯一區別碼，用整型表示
Name：姓名，用字符串表示
Age：年齡，用整型表示
Sex：性別，用字符串表示

按照目前學過的知識我們的代碼如下，比如先來一個李雷同學的吧：

#include <stdio.h>#include <string.h> union test{int i;float f;double d;char  str[20];}; int main( ){union test data; printf( "data size : %d\n", sizeof(data)); return 0;}

二、C語言共用體的訪問

共用體的訪問與結構體類似，也是有2種類型，我們只看看成員訪問運算符.。

所以按照通用的賦值方式，來看一下是否按照我們預定的方式運行。

/*beginner/union/union2.c*/#include <stdio.h>#include <string.h>union Data {int i;float f;char str[20];};int main(){union Data data;    data.i = 123;    data.f = 456.0;strcpy(data.str, "Hello World");printf("data.i : %d\n", data.i);printf("data.f : %f\n", data.f);printf("data.str : %s\n", data.str);return 0;}

從結果上來看，what are you弄啥嘞，感覺什么跟什么呀，只有最后的字符串是正確的，這也就間接證明了共用體使用相同的存儲空間，其他類型的賦值會破壞原先的賦值，正常情況下只有最后一次的賦值才會保證正確結果。

所以，我們需要在每次賦值后直接查看結果，是可以保證結果正確的：

/*beginner/union/union3.c*/#include <stdio.h>#include <string.h>union Data {int i;float f;char str[20];};int main(){union Data data;    data.i = 123;printf("data.i : %d\n", data.i);    data.f = 456.0;printf("data.f : %f\n", data.f);strcpy(data.str, "Hello World");printf("data.str : %s\n", data.str);return 0;}

再次運行，可以看到結果就按照預想的進行了。

編譯運行

#beginner/union/MakefileALL : union1 union2 union3
union1: union1.cgcc -o union1 union1.c
union2: union2.cgcc -o union2 union2.c
union3: union3.cgcc -o union3 union3.c
.PHONY : clean
clean:rm -f union1 union2 union3

輸出結果

$ ./union2data.i : 1819043144data.f : 1143139122437582505939828736.000000data.str : Hello World
$ ./union3data.i : 123data.f : 456.000000data.str : Hello World

三、除了共用體，還有什么可以節省存儲？

C語言的結構體位域

前面可以看到，使用unoin共用體可以節省數據的存儲空間。

同樣，在結構體或者共用體中，使用位域也可以達到這個效果。

先看看什么時候可以使用位域，這個特點大多數人都不會用到，用到的大部分人都基本跟底層打交道，比如驅動開發、單片機開發等。

先看一個最簡單的例子，比如我們的紅綠燈系統，先定義一個結構體：

typedef struct{unsigned int red;unsigned int green;unsigned int yellow;} TrafficLight;

此時如果看一下TrafficLight結構體的大小，應該是12個字節

是我們知道對于這幾種燈而言，只有2種狀態，開和關，也就是1和0，也就是1個bit其實就能表達，所以針對這種情況，有了位域的概念，先看一下位域的聲明：

typedef struct{    type name : width;}

type：整數類型
name：為位域的名稱
width：為位域中位的數量，其值需要小于等于type指定的類型大小

所以交通燈的結構體使用位域的概念就如下所示：

typedef struct{unsigned int red : 1;unsigned int green : 1;unsigned int yellow : 1;} TrafficLight1;

三色紅綠燈加起來一共需要3個bit，所以一個無符號整型就可以容納這些值了，此時看一下這個結構體的長度，應該為4。

總結一下：

當結構體或共用體中有無符號整型或有符號整型成員時，C語言允許用戶指定這些成員所占用的存儲位數，即位域。通過將數據存儲在它們所需的最小數目的存儲位內，位域能夠有效地提供存儲空間的利用率，但是，要注意，位域成員必須被聲明為有符號整型或無符號整型。

代碼如下：

/*beginner/struct/struct6.c*/#include <stdio.h>
int main(){
typedef struct    {unsigned int red;unsigned int green;unsigned int yellow;    } TrafficLight;
    TrafficLight trafficlight;
printf("The size of TrafficLight %d\n", sizeof(trafficlight));
typedef struct    {unsigned int red : 1;unsigned int green : 1;unsigned int yellow : 1;    } TrafficLight1;
    TrafficLight1 trafficlight1;
printf("The size of TrafficLight1 %d\n", sizeof(trafficlight1));
return 0;}

編譯運行

直接輸入make就可以了。

#beginner/struct/Makefile
struct6: struct6.cgcc -o struct6 struct6.c

運行輸出如下：

$ ./struct6The size of TrafficLight 12The size of TrafficLight1 4

擴展

既然位域指定了長度位，所以就涉及到萬一賦值超過了會發生什么情況，可以通過給紅綠燈賦一個大值看看。

比如復制一個2，那么會得到如下警告：

warning: implicit truncation from ‘int’ to bit-field changes value from 2 to 0 [-Wbitfield-constant-conversion]

編譯有警告，不過還是生成了可執行文件，運行下看看結果吧。

END

來源：十月天文

版權歸原作者所有，如有侵權，請聯系刪除。

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