面试题：C语言结构体定义风格规范之优化与设计

Question

在一个大型的嵌入式系统项目中，需要频繁处理传感器数据。传感器数据包含时间戳（高精度，使用64位整数表示）、多个不同类型的测量值（如温度，用浮点数；湿度，用整数百分比）以及一些状态标志位（用位域表示）。请依据C语言结构体定义风格规范，设计一个高效的结构体来存储这些数据，并详细说明如何通过结构体定义风格规范来优化内存使用、提高代码可维护性和执行效率。

Answer 1

// 定义传感器数据结构体
typedef struct {
    uint64_t timestamp; // 高精度时间戳，64位整数
    union {
        float temperature;
        int humidity;
    } value;
    struct {
        unsigned int flag1 : 1;
        unsigned int flag2 : 1;
        // 其他状态标志位，按需定义
    } status;
} SensorData;

内存使用优化

1. 时间戳：使用uint64_t明确指定64位整数，避免隐式类型转换带来的内存浪费和潜在错误。
2. 测量值：采用union来存储不同类型的测量值（温度和湿度），因为同一时间只会使用其中一种，这样可以节省内存空间。
3. 状态标志位：使用位域（unsigned int flag1 : 1）来定义状态标志，每个标志位只占用1位，大大节省内存。

代码可维护性提高

1. 清晰的命名：结构体、成员变量命名都采用描述性名称，如timestamp、temperature、humidity、status等，使代码易于理解。
2. 结构化组织：将相关数据（测量值、状态标志）分组在不同的成员中，结构清晰，易于维护和扩展。

执行效率提升

1. 内存对齐：合理的结构体布局和数据类型定义有助于编译器进行内存对齐优化，提高数据访问效率。例如uint64_t时间戳放在开头，满足64位对齐要求。
2. 位操作优化：对于状态标志位采用位域定义，在进行标志位操作（如设置、读取）时，可以直接使用位操作指令，提高执行效率。