联合union十数据的引用类型转换十一位域或位字段.ppt

1,九、联合union 十、数据的引用类型转换 十一、位域或位字段,第12章 结 构 与 联 合,2,九、联合union 1. 联合的特性和定义 由关键字struct声明的数据描述称为结构类型而union 或class声明的数据描述称为联合类型或类类型,分别简称为 结构和联合或类。 结构、联合、类是集合数据类型。 int、float等是系统预先取好的可以直接使用的类名， 关键字struct和union 或class后紧跟的标识符则是用户引入 的类名，需要事先加以声明。,3,在程序设计中常出现非此即彼的数据，这些数据的类型 可以不同，需要将其放置在同一片内存。 关键字union 建立的数据类型为用户引入的联合类型， 简称联合。联合一方面是节省内存空间，另一方面是特殊的 编程考虑。 联合的特性和定义: 联合类型定义的变量称为联合变量。指向联合变量的指 针简称为联合指针。联合类型的声明和联合变量的定义采用 与结构类似的语法，不同的是联合使用关键字union。,4,将前面关于结构声明复制过来略加变动并用union替代 struct得到： union UnionName 联合 联合名 type member; 数据类型 成员名 ; type2 member2; 数据类型2 成员名2; typen membern; 数据类型n 成员名n; ; ； 关键字union用于声明同一片内存可以存放不同类型的 数据，但在一个时刻只有某一类型的数据处于有效的状态。,5,联合类型声明中的数据成员具有如下的性质： a. 不同的成员占有起始地址相同的内存区域，这些成 员以并排的方式重合在一起。 b. 该内存区域的长度确定为所有成员中占有内存空间 最长的成员所对应的长度。 c. 在一个具体的时刻仅包含一种数据成员有效虽然成 员可以是集合型的数据。 d. 初始化联合变量时默认对第一个成员进行赋值亦仅 对一个成员赋值，初始值的类型属性应与第一个成员的类型 属性一致，否则编译器至少给出警告。 e. C+中联合不参入继承机制即联合类既不作基类也不 作派生类，不能有虚拟函数。,6,例 联合的内存和结构的内存大小比较 #include typedef struct s_a double d; char c9; A; typedef struct s_b double d; long k2; B; typedef union u_t A a; B b; U; typedef struct s_t A a; B b; S; void main (void) printf (“sizeof(A)= %d,“, sizeof (A); printf (“sizeof(B)= %d,“,sizeof (B); printf (“sizeof(U)= %d,“, sizeof (U); printf (“sizeof(S)= %d“, sizeof (S); /输出:sizeof (A)= 24,sizeof (B)= 16,16, sizeof (U)= 24,24,sizeof (S)= 40,7,联合一经声明就可以定义联合变量、联合数组和联合指 针。 箭头运算符“-”与圆点运算符“.”可以用来访问联合中 的成员，箭头运算符“-“的左侧是联合指针，圆点操作符“.“ 的左侧是联合变量，右侧是联合中的成员。 这和结构变量的使用规则一致。 不同的是结构变量拥有结构中各独立的成员所占内存之 和； 联合变量则仅是最大成员所拥有的内存，这一片内存可 由若干类型属性不同的成员适当索引，它们齐头地占有同一 块内存。,8,联合遵循先声明后定义再使用的次序。如下所示： typedef union u_t int k4; long member; float y; U; U obj, *pobj; obj.member /联合变量名.成员名 pobj-member /联合指针名-成员名 三个步骤可以合为一体，再加上初始化格式为： union u_t int k4; long member; float y; b = 1,2,3,4; 初始化只对第一个联合成员进行。该凝练的格式声明一 个名为u_t的联合名，其拥有三个并置的成员，第一个是int 型的数组成员k4、第二个是long型的成员member，第三 个是float型的成员y.这三个成员的内存起始地址是一样的。,9,例 联合指针入口形参和联合引用返回 #include inline int f(int k) return k; typedef union u_t char* s; int (*f)(int); int d; Un ; Unn+),10, Un y= initial ( /输出：abcd,abcd 1,2 3,3 联合变量、联合指针和联合引用可以作为形参，联合变 量可以相互赋值。 对联合变量的操作需要特别注意成员的类型属性，不同 类型属性的成员应由不同的分支处理。,11,2. 联合的内存映像 考虑如下初始化于一体的联合声明和联合变量的定义： union u_t int k4; long z; float y; b=1,2,3,4,c; 声明了一个联合名为u_t的联合类型，具有三个成员， 这三个成员是int型数组k4,long型成员z,float型成员y。 第一个成员是数组成员k。同时定义了两个联合变量b 和c，在定义联合变量b的时候对其第一个成员进行了初始化 处理。 该联合占有的内存空间是： sizeof (b)=sizeof (union u)= sizeof (int4)= sizeof (b.k)=16,12,该联合在32位编程模式下的内存布局如下： int型数组k4 long型成员z 8 12 16 float型成员y 4 联合的数据内存分布 在PC微机上数据的存放方式是低尾端形式的, 即short 型16位字节的低8位存放在内存的低地址处, 高8bit存放在内 存的高地址处高尾端的存放方式则相反。 下页的例子说明数据在PC内存中的顺序是低尾端形式。,13,例 强制类型转换显示低尾端的存储格式(8位二进制数的低 位在右边，高位在左边). #include void main() unsigned long m = 0x87654321UL; unsigned char * p=(unsigned char*) ,14,上例低尾端的PC计算上输出结果：21 43 65 87 这样32位整数的8个 4位二进制数的十六进制数数码表示 为: m= h7h6h5h4h3h2h1h0 =87654321 该数以字节即8位bit为最小内存寻址单位的内存存储格 式为(低地址标注在左边)： 16进制表示： 低地址 高地址 2进制表示： 低地址 高地址,15,联合的同一片内存可以通过不同的名称索引。对一个成 员的改变直接影响联合中的其它成员的数据状态，对数据的 解释取决于数据的存储格式和模块转换。 例 联合的内存布局和内存数据的解释 #include typedef union u_t char c2; unsigned long k; U; void main() U x = 3,1; /x.c0=3;x.c1=1; 潜在地导致x.c2=0;x.c3=0; printf (“%d,0x%08xt“,x.k,x.k); x. k= 0x67686162UL; printf (“%c,%d,%c,%d; “,x.c0,x.c0,x.c1,x.c1); printf (“%c,%d,%c,%dn “,x.c2,x.c2,x.c3,x.c3); ,16,说明：占4字节的整型数 (4个8位的十六进制数)存贮格 式在微机上是低尾端格式,具有如下的形式（低地址标注在 边，8位二进制数的低位在右边）: 高地址 低地址 k= 0x0000|0103 1*16*16+3=259 x.k= 0x67686162UL; 高地址 低地址,17,例浮点数和整型数内存存储格式不同 #include typedef union u_fl float f; long k; Ua; typedef union u_il int f; long k; Ub; struct Sab union float f ; long k; a; Ub b; s= 1.0,2 ; void main() printf(“%1.0f,%dt“,s.a.f,s.b.f); Ua /输出：1,2 20,1092616192 0,40 10,10 20,20,18,联合将不同类型的数据锁定在一块起始地址相同的内存, 通过不同的成员名称或别名来索引内存,以多种方式解释同 一内存数据。 联合具有特殊的数据强制类型转换的能力。 注意： union float f ; long k; a; 是联合类型直接定 义变量，此时联合是无名的。但这种格式不减少访问内层成 员的层次 。,19,3. 无名联合 无名联合在声明时不带联合名，这种声明在C+语言 中具有特殊的含义。 在无名联合中定义的名称超出定界的一对花括号之外， 不能跟同一作用范围其它的变量名冲突，不能有成员函数。 在全局范围定义的无名联合必须声明为静态的，结构中的无 名联合其成员访问控制属性是公共的，不允许存在私有的成 员。 a. 局部的和全局的无名联合 局部范围的无名联合实际上定义的是内存共享的变量， 这些不同类型的变量拥有相同的起始内存地址，内存数据的 有效性取决于最新的二进制状态和对上下文环境的理解。,20,例 无名联合直接定义局部共享的多个变量n,m, x, y。 #include void main (void) union int n; long m; double x; double y; ; printf (“%p,%pt“, /输出： 0065FDF0,0065FDF0 3,3 6.000000,6.000000,21,例 无名联合 static union point_t z; point3d b;定 义静态全局结构变量b和z # include typedef struct double v3; point_t; typedef struct double x,y,z; point3d; typedef union point_t z; point3d b; Ua ; point3d* CrossProduct ( point3d in1, point3d ,22,static union point_t z; point3d b; ; extern point_t * q; const point3d x=1,1,0; point_t* q; void main(void) b.x=0; b.y=2; b.z=1; q= (point_t*)CrossProduct (x,b); if ( b.x=z.v0 ,23,/输出: b= 1.0,-1.0, 2.0 q= 1.0,-1.0, 2.0 a= 1.0, 2.0, 3.0 上面的无名联合定义静态全局结构变量b和z，b和z 是 同一片集合内存的两个别名，相应的结构成员也一对一的彼 此相配。 两个结构本身描述的是空间点的坐标，只是成员名称 不同;将这样的结构变量联合在一起达到内存数据充分共享. 静态的全局变量可以通过外部连接属性的全局指针在不 同模块中传递信息。 联合可用于接口设计，两个课题组建立了相同的数据结 构例如 :point_t和point3d，只是其中的成员名称不同，可 以将其联合在一起。,24,b. 结构范围中的无名联合 可以在结构的声明中引入无名联合，无名联合包含的数 据成员在内存中共享一片内存空间，无名联合中单独的成员 直接作为结构成员的相对独立部分。联合变量可以作为结构 的成员，这相当于嵌入的对象，对于嵌入对象需要层层访 问。无名联合减少访问成员的层次，可以直接访问无名联合 中的成员。联合提供一种课题组之间相同数据结构(即成员 个数、类型、次序相同只是名称不同)的接口技术。设课题 组A和B的结构类型为： typedef struct person_a int n; float f; char *s; A; typedef struct person_b int number; float income; char * name; B;,25,A结构和B结构是一致的。并在相关的结构上相应地开 发一套算法。将这两个结构通过无名联合并置在一起，则可 以发挥各自的特点。下面的例子说明无名联合的这一用法。 例 结构范围中的无名联合实现不同课题组之间的数据接口 # include # include typedef struct a_t union int n; int number; ; union float f; float income; ; union char *s; char *name; ; A, B;,26,int SeqFind(const B s ,int n,float key) for(int i=0;in;i+) if (si.income=key) return i; return -1; int SeqFind (const A s ,int n,const char* key) for (int i=0;in;i+) if (strcmp(si.s,key)=0) return i; return -1; ,27,void InitData (B b ,int n ,float f , char (*s)20,int num=5) for(int i=0;in,p-f,p-s); printf (“n“); ,28,const int N=5; static char caN20=“Hisen“,“Boir“,“Rose“,“Bush“,“Kelin“; void main() static int naN=11,22,33,44,55; float xaN=88,90,70,80,60; A sa N; InitData(sa,na,xa,ca,N); show (sa,N); int k=SeqFind (sa,N,“Rose“); if (k!=-1) show (sak); k=SeqFind (sa,N,60); if (k!=-1) show (sak); ,29,/输出结果: 11,88.0,Hisen,22,90.0,Boir, 33,70.0,Rose,44,80.0,Bush, 55,60.0,Kelin,33,70.000000,Rose 55,60.000000,Kelin 联合可实现内存的共用与数据的共用，更可实现不同 类型数据互相排斥地占用同一内存或相同内存段互异数据的 不共用。 union在一些介绍C语言的中文书中被译为共用体，这 多少有失union原有的丰富内涵。 术语翻译应切近原意，而其确切含义则需详细解释。,30,十、数据的引用类型转换 基本变量之间存在类型转换关系。 例如： float f; long l=7788; f=(float)l; l=(long)f; 表达式语句f=(float)l;意味着将long型变量l的值在相 应的内存单元取出，经过类型转换模块，然后将结果送入f 变量表示的存储单元中，以浮点格式存储。 对于同类型的结构变量或联合变量编译器允许赋值运 算。,31,设存在两个结构的声明为： struct sb sb结构数据成员列表； ; struct sa sa结构数据成员列表； ; 定义结构变量a,a1,b,b1分别如下: struct sa a,a1; struct sb b,b1; a=a1; b=b1; 赋值表达式语句a=a1表示结构变量a1的数据状态赋给 对应的结构变量a，相当于系统进行了函数调用： memcpy (,32,但不同类型的结构变量的赋值如 a=b1 则是不允许的。 因为编译器并未提供不同类型结构变量之间赋值的缺省 运算。 同样对于类型转换： a=(struct s)b1; 系统也会提出错误警告。系统对于不同结构变量的数值 转换无论是隐含的或显式都没有提供缺省的保证。但C+允 许引用形式的类型转换。 引用形式类型转换的一般形式为： (目标类型名&)源变量 (type&)variable 引用类型转换的结果为左值。,33,对于两个结构变量a,b，一个具体的引用类型转换的语 法格式如下： a = (struct sa 赋值拷贝映射的原则是将源数据内存的状态根据目标集 合的长度复制给目标所占用的内存。如果sizeof(sb)大于 sizeof(sa)，那么转换 b = (sb&)a将导致对集合数据a的越 界，反之如a = (sa&)b则对长的源数据b前面的sizeof(sa)个 元素进行了复制。引用形式类型转换表示了集合数据间的直 接映射，当然也可以对简单变量进行引用的类型转换。,34,例 结构变量的类型转换与复制 #include typedef struct sa int m; A; typedef struct sb int x; int y; B; void show (B /程序输出：b=1,4 b=8, 6684216,35,十一、位域或位字段 位字段(bit field)是特殊之至的数据结构，该结构将整 型变量占有的内存按位进行细分，细分的位数可以大小不 等，具体的bit位置通过若干成员来索引，成员的数据类型通 过char , int,short ,unsigned short,long等整型或梅举类界 定。 其中b1,b2,bn表示成员，count1, count2, countn表示 相应成员占有的bit位的个数。,36,方括号包括的项表示可以省略，格式如下： struct bit_t int b1 : count1; int