大话结构体之六:无即是有,没有成员变量的Struct(结构体)

By Long Luo

前言

“大话结构体”系列文章写于2012年,在我的CSDN Blog上连载的,这是系列的第六篇: 大话结构体之六:无即是有,没有成员变量的Struct(结构体)


在上一篇大话结构体之五:以空间换时间,Struct(结构体)中的成员对齐之道(下) 中,我们学习了struct的内存对齐的前世今生。

在开始本篇之前,想问大家一个问题:

---0是什么?
---呵呵,就是没有呗!
---那好,这5块钱拿去,就当抵我上次向你借的500块钱。
---什么?这哪和哪啊!这不一样
---可是你自己说的, 0就是“没有”。
---我说不清,反正不行,你必须还我500.

0是什么?
起什么作用呢?
为什么500 ≠ 5?

这节我们来讨论0的作用

例如,500块钱,它后面0起到了什么作用呢?

500 的0,表示十和个位“没有”。虽说“没有”,但这个0却不能省略。因为如果省略了0,一件500块的衣服,你只给5块,小心遭到暴打。

那原因是什么呢?

按位计数法中,数位具有很重要的意义。即使十位的数“没有”,也不能不写数字。这时就轮到0出场了,即0的作用就是占位。换言之,0占着一个位置以保证数位高于它的数字不会产生错位。

正因为有了表示“没有”的0,数值才能正确地表现出来。可以说在按位计数法中0是不可或缺的。

打住,这和我们讲的struct有什么关系?

当然有关系了,请问下面这段代码输出的是什么呢?

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#include <iostream>

using namespace std;

struct NoMember
{

};

int main(void)
{

cout<<"The size of the struct NoMem is:"<<endl;
cout<<sizeof(NoMember)<<endl;

getchar();
return 0;
}

—是0呢?
—还是1?2?3?

想必大部分人还是说不出来的,那我们先看看输出结果:
没有成员变量的结构体

一个没有任何变量的struct居然占了1个字节的空间。

这不科学!

那这是为什么呢?

不急,让子弹先飞一会儿…..

再看下面一段代码:

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#include <iostream>

using namespace std;

struct NoMember
{

};

struct NoMember1
{
int mA[0];
};

int main(void)
{

//cout<<endl<<"The size of the struct NoMember is: "<<sizeof(NoMember)<<endl;
cout<<endl<<"The size of the struct NoMember1 is: "<<sizeof(NoMember1)<<endl;

getchar();
return 0;
}

一个结构体里面定义了一个空的数组,那这次的输出会是什么呢?

—厄, 这还是一个空的结构体,所以输出还是1吧?

好的,你还真蒙对了,请看结果:

空的数组的结构体

但是,如果struct里面还有另外的变量呢?会是什么情况呢?

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#include <iostream>

using namespace std;

struct NoMember
{

};

struct NoMember1
{
int mA[0];
};

struct NoMember2
{
char mB;
int mA[0];
};

int main(void)
{

//cout<<endl<<"The size of the struct NoMember is: "<<sizeof(NoMember)<<endl;
//cout<<endl<<"The size of the struct NoMember1 is: "<<sizeof(NoMember1)<<endl;
cout<<endl<<"The size of the struct NoMember2 is: "<<sizeof(NoMember2)<<endl;

getchar();
return 0;
}

—那这一次的输出是什么呢?

char mB占据4个字节,然后int mA[0]占据1个字节,所以结果应该是5吧?

结果是什么呢?请看大屏幕!

0元素数组和成员变量

结果是4,为什么呢?

其实结合500 ≠ 5的话也很好理解,虽然结构体包含0个成员变量,但是结构体起到“占位”的作用,“空结构体”变量必须被存储,编译器为其分配一个字节的空间用于占位了。这样一来,不光可以取地址,两个不同的“空结构体”变量又可以得以区分。

我们可以输出各个结构体的地址:

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#include <iostream>

using namespace std;

struct NoMember
{

};

struct NoMember1
{
int mA[0];
};

struct NoMember2
{
char mB;
int mA[0];
};

int main(void)
{

NoMember nm0;
NoMember1 nm1;
NoMember2 nm2;

cout<<endl<<"The size of the struct NoMember is: "<<sizeof(NoMember)<<endl;
cout<<"The address of the struct of NoMember: 0x"<<&nm0<<endl;

cout<<endl<<"The size of the struct NoMember1 is: "<<sizeof(NoMember1)<<endl;
cout<<"The address of the struct of NoMember: 0x"<<&nm1.mA<<endl;

cout<<endl<<"The size of the struct NoMember2 is: "<<sizeof(NoMember2)<<endl;
cout<<"The address of the struct of NoMember: 0x"<<&nm2.mA<<"\t0x"<<&nm2.mA<<endl;

getchar();
return 0;
}

从输出结果,可以看出内存情况如下:
内存情况

注意下面这份简谱,注意到乐谱上也有很多的休止符,在简谱上也是用0来表示,但是它们不是“没有”, 而是表示不发音

简谱

这些0都不能去掉的,因为去掉,节奏肯定乱了。

0与其说是“空”,还不如说是“填空”更恰当。因为它的作用是占位

结合这个例子,想必大家就理解了, “空结构体” 为什么需要占用一个字节的空间。

可见,科学和艺术不分家的啊!

对数组比较熟悉的同学可能会问,怎么可以有0元素数组呢?

是的,如果我们在structclass之后定义0元素数组,会编译报错,如下代码所示:

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#include <iostream>

using namespace std;

struct NoMember
{

};

struct NoMember1
{
int mA[0];
};

struct NoMember2
{
char mB;
int mA[0];
};


struct NoMember3
{
int arr[0];
};


int arr[0];


int main(void)
{

NoMember nm0;
NoMember1 nm1;
NoMember2 nm2;

cout<<endl<<"The size of the struct NoMember is: "<<sizeof(NoMember)<<endl;
cout<<"The address of the struct of NoMember: 0x"<<&nm0<<endl;

cout<<endl<<"The size of the struct NoMember1 is: "<<sizeof(NoMember1)<<endl;
cout<<"The address of the struct of NoMember: 0x"<<&nm1.mA<<endl;

cout<<endl<<"The size of the struct NoMember2 is: "<<sizeof(NoMember2)<<endl;
cout<<"The address of the struct of NoMember: 0x"<<&nm2.mA<<"\t0x"<<&nm2.mA<<endl;

getchar();
return 0;
}

出错信息如下:

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1>e:\code\vs2010_prjs\struct\structdeclare\nomems.cpp(28): error C2466: 不能分配常量大小为 0 的数组

stuct里面的0元素数组报的是warning,如下所示:

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1>e:\code\vs2010_prjs\struct\structdeclare\nomems.cpp(24): warning C4200: 使用了非标准扩展 : 结构/联合中的零大小数组
1> 当 UDT 包含大小为零的数组时,无法生成复制构造函数或副本赋值运算符

那么,问题又来了,这些struct里面的0元素数组有什么意义呢?

欲知后事如何,请听下回分解……

Updated by Long Luo at 2016-6-11 04:17:09 @Shenzhen, China.