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C/C++中结构体的定义以及实例化

Difference between C structures and C++ structures

在C++中,struct和class基本上是一个东西,除了struct默认是public权限,class默认是private权限。
在C和C++结构体之间还有重要的区别:

  1. 结构体中的成员函数:在C的结构体中不能有成员函数,在C++的结构体中可以有成员函数和数据成员。
  2. 直接初始化:在C中不能直接初始化结构体的数据成员,但是在C++中可以。
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    // C program to demonstrate that direct member initialization is not possible in C
    #include <stdio.h>
    struct Record {
    int x = 7; # Compiler Error
    };
    int main()
    {
    struct Record s;
    printf("%d", s.x);
    return 0;
    }
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// CPP program to initialize data member in c++
#include <iostream>
using namespace std;
struct Record {
int x = 7;
};
int main()
{
Record s;
cout << s.x << endl;
return 0;
}
  1. 使用struct关键字:在C中,必须使用struct关键字声明一个结构体变量;在C++中,struct关键字并不是必须的。
  2. 静态成员:C中不能有静态成员,但C++中是可以的。
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    // C program with structure static member
    struct Record {
    static int x;
    };
    /* 6:5: error: expected specifier-qualifier-list
    before 'static'
    static int x;
    ^*/
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// C++ program with structure static member
struct Record {
static int x;
};
  1. 结构体中的Constructor creation:在C的结构体中不能有constructor,但是C++ 中可以有。
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// CPP program to initialize data member in c++
#include <iostream>
using namespace std;
struct Student {
int roll;
Student(int x)
{
roll = x;
}
};
int main() // Driver Program
{
struct Student s(2);
cout << s.roll;
return 0;
}
  1. sizeof操作:在C中对一个空的结构体执行sizeof将返回0,在C++中则是1.
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// empty structure
struct Record {
};
  1. 数据隐藏: C中的结构体不允许数据隐藏的概念,但是C++中却允许;因为C++是一个面向对象的语言而C并不是。
  2. 访问修饰符Access Modifiers:C结构体不支持访问修饰符, C++语言中内置了结构体对访问修饰符的支持。

    typedef struct VS struct definitions

    1.如果使用typedef来定义结构体时:型如typedef struct aaa { ..}bbb;
    其中aaa是可以省略的,那么用bbb(如果有的话)来定义一个结构体变量时,可以直接用bbb xxx;就行。但用aaa来定义一个结构体变量时,则需要使用struct aaa xxx;
    2.不使用typedef来定义结构体时,声明该类型变量都需要加上struct,即struct aaa xxx;

结构体的实例化malloc() vs new

为了更方便地理解我们以单链表节点为例定义一个结构体:

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struct variable
{
int data;
struct variable *next;
};

当声明一个结构体的指针时:

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struct variable *ptr;

结构体被定义,内存被分配(在32位机中4字节的内存分配给了这个指针)。而且ptr是一个automatic变量,也就是说它所在的内存位于栈区并且它的初始值为garbage(无效地址)。假设ptr目前的值是0x1000,如果你尝试de-reference间接引用这个指针,执行以下的操作会发生什么?

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ptr->data = 30; //(access to 0x1000)
ptr->next = NULL; //(access to 0x1004

CPU会尝试根据虚拟地址来访问物理内存地址,而在cache中又没有找到这个地址时,CPU会继续向操作系统请求这个地址。

但是上述的进程不见得在地址0x10000x1004有一个有效的(虚拟的)内存。所以操作系统经过检查然后告诉进程这是一个无效的内存访问。于是Segmentation Fault错误发生,操作系统杀掉了这个无效的内存访问。

为了使上述这个指针有用,我们应该把它指向一个有效的内存地址。在C语言中使用malloc函数是为指针指向一个有效地址的合理方法:

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ptr = (struct variable *)malloc(sizeof(struct variable));

而在C++中我们可以根据C++特有的动态内存分配来实例化一个对象:

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variable *ptr = new variable();

  1. new/delete是C++操作符,malloc/free是C/C++函数。
  2. 使用new操作符申请内存分配时无须指定内存块的大小,编译器会根据类型信息自行计算,而malloc则需要显式地指出所需内存的大小。
  3. new/delete会调用对象的构造函数/析构函数以完成对象的构造/析构,而malloc只负责分配空间。
  4. new 操作符内存分配成功时,返回的是对象类型的指针,类型严格与对象匹配,无须进行类型转换,故new是符合类型安全性的操作符。而malloc内存分配成功则是返回void ,需要通过强制类型转换将 void 指针转换成我们需要的类型。
  5. 效率上:malloc的效率高一点,因为只分配了空间。
  6. operator new /operator delete 可以被重载,而 malloc/free 并不允许重载。

Reference:

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