14.C基础_结构体

原创已于 2024-08-23 10:02:38 修改 · 897 阅读

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于 2024-08-22 21:43:16 首次发布

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定义与使用

1、定义

定义结构体：

定义结构体时，需要注意最后的分号必须加上。

定义结构体时，成员只去声明类型，不进行赋值。赋值在定义结构体变量时进行。

struct 结构体名{
    结构体成员列表
};                //注意这里的分号

定义结构体变量：

方法1：正常定义结构体变量

struct 结构体名 结构体变量名;

方法2：定义结构体时，定义结构体变量

struct 结构体名{
    结构体成员列表
}变量名1,变量名2; //直接在这里写变量名，变量名之间用,隔开

2、初始化结构体变量

情况1：全部成员赋值

全部成员赋值就是在定义结构体变量后直接加上成员值，各个成员值之间用" , "分隔。

struct 结构体名 结构体变量名 = {依次赋值的成员值};

情况2：部分成员赋值

部分成员赋值需要在赋值时指定成员并赋值。

struct 结构体名 结构体变量名 = {
    .成员1 = 值,
    .成员2 = 值
};

情况3：定义结构体时，定义结构体变量的初始化

struct 结构体名{
    结构体成员列表
}变量名 = {成员值};

3、访问结构体变量

方式1：当为结构体变量时，用" . "来访问成员

方式2：当为结构体指针时，用" -> "来访问成员

结构体数组

结构体数组就是一个数组，它的成员是一个结构体变量。

定义与赋值：

定义与赋值的方法与一维数组完全一样。

struct 结构体名 数组名[数组大小] = {{第1个结构体成员初始化值},{第2个结构体成员初始化值}};

结构体嵌套结构体

结构体嵌套结构体就是结构体中成员的类型可以是结构体。

作用：

解决不同结构体中重复的、完全一样的部分

示例：

假设现在要创建两个结构体来管理学生、老师的信息。对于学生，有姓名、性别、学分这三个信息；对于老师，有姓名、性别、电话号码这三个信息。可以看到，在学生和老师的信息中姓名、性别这两个信息是重复的。因此可以建立一个结构体来封装它们，这样使得学生和老师的结构体定义变得更加简洁。

代码如下：

#include <stdio.h>
struct both{   //老师和学生共有的成员
	char* name;
	char* sex;
};
struct student{//学生信息结构体
	struct both stu;
	int score;
};
struct teacher{//老师信息结构体
	struct both tea;
	char* phone;
};

int main(){

	//struct both tBothStu = {"stuName","沃尔玛购物袋"};
	struct both tBothTea = {"teaName","纸扎投石车"};

	struct student stu1 = {{"stuName","沃尔玛购物袋"},100};//可以直接赋值结构体
	struct teacher tea1 = {tBothTea,"123124123"};//也可以通过定义的结构体进行初始化

	printf("stu1:name=%s  sex=%s  score=%d\n",\
			stu1.stu.name,\
			stu1.stu.sex,\
			stu1.score
		  );
	printf("tea1:name=%s  sex=%s  phone=%s\n",\
			tea1.tea.name,\
			tea1.tea.sex,\
			tea1.phone
		  );
	return 0;
}

运行结果如下：

结构体的大小

字节对齐是什么：

对于结构体，编译器会自动对其成员变量进行对齐，以提高数据存取的效率。

结构体大小计算步骤：

相关名词：

自身对齐：数据类型的大小就是自身对齐的大小，例如char为1，int为4
默认对齐：与电脑位数有关。32位默认对齐为4，64位默认对齐为8
有效对齐：有效对齐=min(自身对齐,默认对齐)，是结构体中实际占用空间的大小
存放地址：存放地址一定能够整除有效地址

计算步骤：（依次计算成员空间）

确定自己操作系统的位数，从而确定默认对齐方式
计算第一个成员，通过公式：" 有效对齐 = min(自身对齐,默认对齐) "计算有效对齐
查看当前的存放地址是否能够整除有效对齐字节数，不能整除需要补空间对齐。 注意：补其后能够整除的数值是下一个变量的起始地址，并没有存储数据 例如：补其后是12，那么实际的有数据的空间只到11
依次计算其他成员空间
查看最终存放地址是否能够整除" max(全部有效对齐) "

结构体大小手算示例：

假设有一个如下的结构体，在64位的操作系统下计算其结构体大小（假设起始地址为0x00）

struct test{
    char a;
    int b;
    char c;
    char d;
};

列出如下表格，依次计算存储地址：

变量名	类型	自身对齐	默认对齐	有效对齐	存储地址
a	char	1	8(64位)	1	0 1 2 3
b	int	4	8(64位)	4	4 5 6 7
c	char	1	8(64位)	1	8
d	char	1	8(64位)	1	9 10 11

计算a：可以计算出有效对齐为1，存储地址为0，可以整除，所以存储地址为0

计算b：可以计算出有效对齐为4，存储地址为1，不能整除，所以补齐到最小的可以整除4的地址，即：补齐到4。a的空间为0，1，2，3；b的空间为4，5，6，7这四个字节用于存储

计算c：可以计算出有效对齐为1，存储地址为8，可以整除，所以存储地址为8

计算d：可以计算出有效对齐为1，存储地址为9，可以整除，所以存储地址为9

整体大小计算：可以计算出max(全部有效对齐)=max(1,4,1,4)=4，存储地址9不能整除4，所以补齐到最小的可以整除4的地址，即：补齐到12。因此最终结构体大小为0~11，共12字节

位域

什么是位域：

位域就是把一个字节中的二进制位分为几个不同的区域，并说明每个区域的位数。每个域有一个域名，允许在程序中按域名进行操作。这样就可以把几个不同的对象用一个字节的二进制位域来表示。

例如：现在有一个字节的空间，可以让bit0~bit2表示信息a，让bit3~bit5表示信息b，让bit6~bit7表示信息c。这样一个字节分为了3个域，域名就是a，b，c；a域的位数为3，b域的位数为3，c域的位数为2。

位域的定义：

位域定义就是把结构体中的成员列表换成位域列表，格式为：<类型> <位域名>:<位域长度>

以例题为例，那么a，b，c这三个域的定义如下：

struct test{
    char a:3;
    char b:3;
    char c:2;
};

对于上述定义，如果按照结构体成员来定义，计算出的大小应该为3字节。而按位域方法定义，计算出来的大小为1字节。这样就节省了空间。

补充练习：结构体大小手算例题

例题1：

假设有一个如下的结构体，在64位的操作系统下计算其结构体大小（假设起始地址为0x00）

struct test{
    char a;
    short b;
    char c;
    char d;
};

列出如下表格，依次计算存储地址：

变量名	类型	自身对齐	默认对齐	有效对齐	存储地址
a	char	1	8(64位)	1	0 1
b	short	2	8(64位)	2	2 3
c	char	1	8(64位)	1	4
d	char	1	8(64位)	1	5

最终补齐地址为6，实际存储空间为0~5，6字节

例题2：

假设有一个如下的结构体，在64位的操作系统下计算其结构体大小（假设起始地址为0x00）

struct test{
    char a;
    double b;
    char c;
    char d;
};

列出如下表格，依次计算存储地址：

变量名	类型	自身对齐	默认对齐	有效对齐	存储地址
a	char	1	8(64位)	1	0 1 2 3 4 5 6 7
b	double	8	8(64位)	8	8 9 10 11 12 13 14 15
c	char	1	8(64位)	1	16
d	char	1	8(64位)	1	17 18 19 20 21 22 23