1.6 内存管理之结构体

1.6.1 数据结构这门学问的意义

数据结构就是研究数据如何组织（在内存中排布）、如何加工的学问。

1.6.2 最简单的数据结构：数组

为什么要有数组？因为程序中有好多个类型相同、意义相关的变量需要管理，这时候如果用单独的变量的话，会使得程序看起来比较杂乱；用数组更便于管理，而且定义简单、使用方便。

1.6.3 数组的优缺点

优点：数组定义简单，而且访问也很方便。

缺点：

· 数组中所有元素类型必须相同；

· 数组大小必须定义时给出，而且在大多数情况下，数组的空间大小一旦确定后就不能再改；

· 数组的空间必须是连续的，这就造成数组在内存中分配空间时必须找到一块连续的内存空间。所以数组不可能定义得太大，因为内存中不可能有那么多大的连续的内存空间，而解决这个问题的方法就是使用链表。我们这里先不讲，后面的章节会讲到。

1.6.4 结构体隆重登场

结构体发明出来就是为了解决数组的第一个缺点——数组中所有元素类型必须相同。有时候，我们在描述事物时，不得不从多个方面描述，如下面的例子。

              我们要管理3个学生的年龄（int类型），怎么办？
              第一种解法：用数组             int ages[3];
              第二种解法：用结构体
                  struct ages
                  {
                      int age1;
                      int age2;
                      int age3;
                  };
                  struct ages age;

在这个示例中，数组要比结构体好。但是不能说数组就一定比结构体好，如果元素类型不同时，就只能用结构体而不能用数组了。

              struct people
              {
                  int age;                        // 人的年龄
                  char name[20];                  // 人的姓名
                  int height;                     // 人的身高
              };

因为people的各个元素类型不完全相同，所以必须用结构体，没办法使用数组。

由上面的例子我们可以看出，结构体属于聚合数据类型，提供一种把各种相关且类型可能不同的数据组合到一起的手段。而数组是同种数据类型的集聚。结构体变量在被定义后，编译器在编译的时候会为所有成员分配空间。向函数传递结构时，实际上是传递结构成员的值，即都是值传递方式（包括用结构体变量作为函数参数以及函数返回值也是结构体变量的情况）。由此也可看出，结构体变量名代表的是整个结构体变量，而不像数组名代表地址。除了简单结构体外，向函数传递整个结构体变量存在很大的缺陷，因为当执行函数调用时，数据压栈需要开销（为什么会调用压栈，下节我们就讲）。这对于多成员结构或成员中有数组的结构，运行性能会严重恶化。解决的方案是，传递结构体变量的指针。向函数传递结构指针时，压栈的仅仅是结构体变量的地址，而使得函数调用非常快。传递结构体变量地址的另一个优点是，函数还可以修改被传递结构体变量的成员值。

1.6.5 题外话：结构体内嵌指针实现面向对象

总体来说，C语言是面向过程的，但是C语言写出的Linux系统是面向对象的。非面向对象的语言，其实也是可以使用面向对象的思想来编写程序的。只是说用面向对象的语言来实现面向对象的编程会更加简单一些，所以我们会觉得用C++、Java等面向对象语言来实现面向对象的开发更容易接受，而使用C语言来实现面向对象的开发相对不容易理解些，这就是为什么大多数人学过C语言却看不懂Linux内核代码。

              structs
              {
                  int age;                        // 普通变量
                  void (＊pFunc)(void);           // 函数指针，指向void func(void)
                                                  // 这类的函数
              };

使用这样的结构体就可以实现面向对象，这样包含了函数指针的结构体就类似于面向对象中的class，结构体中的变量类似于class中的成员变量，结构体中的函数指针类似于class中的成员方法。