【c语言】自定义类型：结构体详解
目录
自定义类型：结构体
结构体类型的声明
结构体变量的创建和初始化
结构的特殊声明
结构的自引用
结构体内存对齐
对其规则
为什么存在内存对齐？
修改默认对⻬数
结构体传参
结构体实现位段
位段的内存分配
位段的跨平台问题
位段的应用
位段使⽤的注意事项
自定义类型：结构体
结构体类型的声明
- 结构是⼀些值的集合，这些值称为成员变量。结构的每个成员可以是不同类型的变量。
struct tag {int member;}variable;
- 例如描述⼀个学⽣：
struct Stu {char name[20]; //名字int age; //年龄char sex[5]; //性别char id[20]; //学号 }; //分号不能丢
结构体变量的创建和初始化
#include <stdio.h>struct Stu {char name[20];//名字int age;//年龄char sex[5];//性别char id[20];//学号 };int main() {//按照结构体成员的顺序初始化struct Stu s = { "张三", 20, "男", "20230818001" };printf("name: %s\n", s.name);printf("age : %d\n", s.age);printf("sex : %s\n", s.sex);printf("id : %s\n", s.id);//按照指定的顺序初始化struct Stu s2 = { .age = 18, .name = "lisi", .id = "20230818002", .sex = "⼥" };printf("name: %s\n", s2.name);printf("age : %d\n", s2.age);printf("sex : %s\n", s2.sex);printf("id : %s\n", s2.id);return 0; }
结构的特殊声明
- 在声明结构的时候，可以不完全的声明。
//匿名结构体类型 struct {int a;char b;float c; }x;struct {int a;char b;float c; }a[20], * p;
- 上⾯的两个结构在声明的时候省略掉了结构体标签（tag）。
//在上⾯代码的基础上，下⾯的代码合法吗？ p = &x;
- 警告：
结构的自引用
在结构中包含⼀个类型为该结构本⾝的成员是否可以呢？
⽐如，定义⼀个链表的节点struct Node {int data;struct Node next; };
- 上述代码正确吗？如果正确，那 sizeof(struct Node) 是多少？
struct Node {int data;struct Node* next; };在结构体⾃引⽤使⽤的过程中，夹杂了 typedef 对匿名结构体类型重命名，也容易引⼊问题，看看下⾯的代码，可⾏吗？typedef struct {int data;Node* next; }Node;答案是不⾏的，因为Node是对前⾯的匿名结构体类型的重命名产⽣的，但是在匿名结构体内部提前使⽤Node类型来创建成员变量，这是不⾏的。
- 解决⽅案如下：定义结构体不要使⽤匿名结构体了
typedef struct Node {int data;struct Node* next; }Node;
结构体内存对齐
对其规则
- ⾸先得掌握结构体的对⻬规则：
//练习1 struct S1 {char c1;int i;char c2; };int main() {printf("%d\n", sizeof(struct S1));return 0; }
//练习2 struct S2 {char c1;char c2;int i; };int main() {printf("%d\n", sizeof(struct S2));return 0; }
//练习3 struct S3 {double d;char c;int i; };int main() {printf("%d\n", sizeof(struct S3));return 0; }
struct S3 {double d;char c;int i; };//练习4-结构体嵌套问题 struct S4 {char c1;struct S3 s3;double d; };int main() {printf("%d\n", sizeof(struct S4));return 0; }
为什么存在内存对齐？
1. 平台原因 (移植原因)：不是所有的硬件平台都能访问任意地址上的任意数据的；某些硬件平台只能在某些地址处取某些特定类型的数据，否则抛出硬件异常。2. 性能原因：数据结构(尤其是栈)应该尽可能地在⾃然边界上对⻬。原因在于，为了访问未对⻬的内存，处理器需要作两次内存访问；⽽对⻬的内存访问仅需要⼀次访问。假设⼀个处理器总是从内存中取8个字节，则地址必须是8的倍数。如果我们能保证将所有的double类型的数据的地址都对⻬成8的倍数，那么就可以⽤⼀个内存操作来读或者写值了。否则，我们可能需要执⾏两次内存访问，因为对象可能被分放在两个8字节内存块中。总体来说：结构体的内存对⻬是拿空间来换取时间的做法。那在设计结构体的时候，我们既要满⾜对⻬，⼜要节省空间，如何做到 让占⽤空间⼩的成员尽量集中在⼀起//例如： struct S1 {char c1;int i;char c2; };struct S2 {char c1;char c2;int i; };S1 和 S2 类型的成员⼀模⼀样，但是 S1 和 S2 所占空间的⼤⼩有了⼀些区别。
修改默认对⻬数
#pragma 这个预处理指令，可以改变编译器的默认对⻬数。#include <stdio.h>#pragma pack(1)//设置默认对⻬数为1struct S {char c1;int i;char c2; };#pragma pack()//取消设置的对⻬数，还原为默认int main() {//输出的结果是什么？printf("%d\n", sizeof(struct S));return 0; }
结构体在对⻬⽅式不合适的时候，我们可以⾃⼰更改默认对⻬数。
结构体传参
struct S {int data[1000];int num; };struct S s = { {1,2,3,4}, 1000 };//结构体传参 void print1(struct S s) {printf("%d\n", s.num); }//结构体地址传参 void print2(struct S* ps) {printf("%d\n", ps->num); }int main() {print1(s); //传结构体print2(&s); //传地址return 0; }
结构体实现位段
- 结构体讲完就得讲讲结构体实现位段的能⼒
struct A {int _a : 2;int _b : 5;int _c : 10;int _d : 30; };A就是⼀个位段类型。那位段A所占内存的⼤⼩是多少？struct A {int _a : 2;int _b : 5;int _c : 10;int _d : 30; };int main() {printf("%d\n", sizeof(struct A));return 0; }
位段的内存分配
//⼀个例⼦ struct S {char a:3;char b:4;char c:5;char d:4; };struct S s = {0};s.a = 10; s.b = 12; s.c = 3; s.d = 4;//空间是如何开辟的？
位段的跨平台问题
1. int 位段被当成有符号数还是符号数是不确定的。2. 位段中最⼤位的数⽬不能确定。（16位机器最⼤16，32位机器最⼤32，写成27，在16位机器会出问题。3. 位段中的成员在内存中从左向右分配，还是从右向左分配，标准尚未定义。4. 当⼀个结构包含两个位段，第⼆个位段成员⽐较⼤，⽆法容纳于第⼀个位段剩余的位时，是舍弃剩余的位还是利⽤，这是不确定的。总结：跟结构相⽐，位段可以达到同样的效果，并且可以很好的节省空间，但是有跨平台的问题存在。
位段的应用
下图是⽹络协议中，IP数据报的格式，我们可以看到其中很多的属性只需要⼏个bit位就能描述，这⾥使⽤位段，能够实现想要的效果，也节省了空间，这样⽹络传输的数据报⼤⼩也会较⼩⼀些，对⽹络的畅通是有帮助的。
位段使⽤的注意事项
位段的⼏个成员共有同⼀个字节，这样有些成员的起始位置并不是某个字节的起始位置，那么这些位置处是没有地址的。内存中每个字节分配⼀个地址，⼀个字节内部的bit位是没有地址的。所以不能对位段的成员使⽤&操作符，这样就不能使⽤scanf直接给位段的成员输⼊值，只能是先输⼊放在⼀个变量中，然后赋值给位段的成员。struct A {int _a : 2;int _b : 5;int _c : 10;int _d : 30; };int main() {struct A sa = { 0 };scanf("%d", &sa._b);//这是错误的//正确的⽰范int b = 0;scanf("%d", &b);sa._b = b;return 0; }