c - 数据设计: better to nest structures or pointers to structures?

Question

在纯 C 中工作，将结构嵌套在其他结构或指向结构的指针中更好。使用指针可以更容易地实现良好的对齐，但是访问内部结构需要额外的取消引用。只是具体地说:

typedef struct {
        unsigned int length;
        char* string;
} SVALUE;

typedef struct {
        unsigned int key;
        SVALUE* name;
        SVALUE* surname;
        SVALUE* date_of_birth;
        SVALUE* date_of_death;
        SVALUE* place_of_birth;
        SVALUE* place_of_death;
        SVALUE* floruit;
} AUTHOR;

typedef struct {
        SVALUE media_type;
        SVALUE title;
        AUTHOR author;
} MEDIA;

这里我们有一些嵌套结构，在某些情况下嵌套指向内部结构的指针，而在其他情况下嵌入结构本身。

除了对齐和取消引用之外，还有一个问题是内存的分配方式。如果我不使用指针，而使用纯嵌套结构，那么在分配结构实例时，整个嵌套树一步分配(也必须一步释放)。但是，如果我使用指针，那么我必须分别分配和释放内部成员，这意味着更多的代码行但可能更灵活，因为例如，如果记录对该字段没有值，我可以将成员保留为 null。

哪种方法更可取？

Answer 1

嵌套结构确保它们的 spatial locality ，因为整个对象实际上只是一大块内存，尽管它由多个结构组成；在内存中，树被展平，所有成员都被连续存储。这可能会导致更好地使用快速内存​​，例如处理器高速缓存。如果嵌套指向其他结构的指针，这种间接级别可能意味着嵌套数据存储在较远的位置，这可能会阻止此类优化；通过取消引用指针，必须从主内存中获取数据。为了序列化和传输等目的，直接嵌套数据还简化了结构成员的访问。

它还有其他含义，例如对结构大小的影响以及按值传递其对象的影响。如果您直接嵌套结构，sizeof 您的结构可能会比嵌套指针大得多。更大的结构有更大的内存占用，如果一直在制作副本，内存占用会显着增加。如果对象不是不透明的，它们可以在栈上分配并快速溢出。结构越大，它们越适合动态分配和通过指针间接访问。我推测复制大量数据也会带来速度成本，但我不确定。

指针提供了额外的语义，在您的情况下可能需要也可能不需要。他们:

• 可以是NULL，表示数据不可用或者可能是可选的
• 在不同的结构之间建立联系，并允许一个结构独立存在
• 允许两个不同的结构以不同方式分配并具有不同的生命周期
• 允许许多不同的结构共享一个可能很大的公共(public)嵌套值而不浪费内存
• 让您指向尚未正确定义的数据
  • 你可以指向不透明的结构，它不能在栈中被实例化，因为编译器还不知道它们的大小