结构体在C语言中的应用与优化-优快云博客

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结构体浅析

C语言提供了两种聚合数据类型：数组和结构。结构变量属于标量类型（例如:int,char等），所以可以像对待标量那样子对待结构变量，

1. 结构变量可以作为传递给函数的参数

2. 可以作为返回值

3. 相同类型的结构变量还可以互相赋值

结构体声明和定义变量的几种模式

1.    声明：struct tag{member_list};

定义：struct tag variable1；

2.    声明：struct tag{member_list}variable_list；

定义：已在variable_list定义，亦可使用 1 中定义方法

3.    声明：typedef struct tag{member_list}；

定义：tag variable1；

4.    （使用频率最高的方式，可以少写很多东西）

声明：typedef struct tag{member_list}variable_list；

定义：已在variable_list定义，亦可使用 3 中定义方法

5.    （几乎不这样子使用,只有在声明时能够定义变量，很不方便）

声明+定义：struct {member_list}variable_list；

注：

member_list可以包括：普通标量（int 、char、标量指针、结构体指针），其他结构体。

variable_list可以是普通变量，数组，指针等

结构的自引用

上面已经说过了member_list的成员了，那么现在我们再来讨论下成员是否可以有自身结构,首先看看下面的这两个声明结构

【错】

struct test {

                            int a;

                            struct test1 b;

};

【对】

struct test {

                            int a;

                            struct test1 *b;

};

显然区别就在‘*’，前者的成员是结构b，而后者的成员是结构指针b，前者的成员就是自己，成员里面还有成员，这样子就陷入了死循环，编译器绝对不允许这样的事情出现，而后者的结构指针就不一样了，因为指针所占的空间大小是一定的，所以编译器可以很轻易的就给该结构变量分配内存空间

注：struct{

                     Int a;

                     Variable b;

}*Variable;

它是错误的，因为在member_list中，变量Variable还没有声明，编译器还不知道Variable是个什么东西，所以是上面的声明是错误的，正确的应该是下面的：

struct test{

                     Int a;

                     struct test *b;

}*Variable;

结构体的互相引用

结构体的互相引用，必然存在这样的问题：无论先声明哪个结构体

，它里面总包含另一个结构体，但是我们又没有声明另一个结构体，反之亦然。因而我们可以利用不完整的声明解决这个问题

例如：我们需要结构体A中包含结构体B，结构体B中包含结构体A。

struct B;

struct A{

struct B;

};

struct B{

struct A;

};

这样子就完美解决结构体互相引用的问题了。

结构的存储

大家先看看下面这两个结构体：

typedef struct first{

                                          int a;

                                          char b;

                                          char c;

};

typedef struct second{

                                          char b;

int a;

                                          char c;

};

他们两个有什么区别呢？

只是member_list的顺序不同罢了，但是由于边界对齐技术（CPU在工作时只能按照某长度的整倍数为边界进行内存操作）的存在，因而产生了不同的效率。

first：

█

█

█

█

█

b

█c

前面的四个为a占用的空间，紧接着的是b，c占用的，最后的两个由于对齐而保留，下次cpu将从空白后面的地址开始访问内存。空间利用率：75%

Second：

█

b

█

█

█

█

█

c

前面的四个空间存储的是b，中间的是a，下来的是c，空间利用率：50%

下面是测试我的测试程序，仅供大家参考：

注：函数offsetof(type,member)       type:结构体类型；    member：结构体成员；       功能：求得member开始存储的位置距离存储的位置偏移的字节数

运行结果截图如下：
<img src="https://img-blog.youkuaiyun.com/20140620233055156?watermark/2/text/aHR0cDovL2Jsb2cuY3Nkbi5uZXQvY29sZW9wdGlsZQ==/font/5a6L5L2T/fontsize/400/fill/I0JBQkFCMA==/dissolve/70/gravity/Center" alt="" />
经过上面的许多测试，我们可以得出这样的结论：尽量把占用空间最大的类型放在member_list的最上面，这样子可以使空间利用率最大，甚至达到100%，节约的这点内存空间在程序创建成百上千个结构上体现的尤为明显。

作为函数参数的结构

例：typedef struct {

                                          int stu_id;

                                          char stu_name[20];

}stu;

void print( stu student)

{

       Printf(“id:%d\n”,student.stu_id;);

       Printf(“name:%s\n”,student.stu_name);

}

这样子传结构体参数是可以的，可是由于在c语言中传递传递参数就是把参数拷贝一份，然后供函数使用，这样子拷贝就有点多了，远不如传递结构体指针简单，但是传递指针可能改变结构内容，因而我们可以加上关键字const，实现如下：

void print( stu const *student)

{

       Printf(“id:%d\n”,student->stu_id;);

       Printf(“name:%s\n”,student->stu_name);

}

传递指针的效率就很高了，只需要拷贝一个指针标量就行了，是不是很能提高效率，尤其是在大量调用一个函数的情况下。

#include<stdio.h>
#include<stddef.h>
#include<windows.h>
 
typedef struct test1{
       char c;
       double a;
       char b;
        };
typedef struct test2{
       char b;
       char c;
       double a;
       };
typedef struct test3{
       double a; 
       char b;
       char c;
       };
typedef struct test4{
       double a; 
       int b;
       int c;
       };
       
int main()
{
    /*测试编译器给予不同类型标量的大小*/
    printf("测试编译器给予不同类型标量的大小！\n");
    printf("sizeof(char):%d\n",sizeof(char));
    printf("sizeof(int):%d\n",sizeof(int)); 
    printf("sizeof(double):%d\n\n",sizeof(double)); 
    
    /*测试不同排序下结构体的空间利用率*/
    printf("sizeof(struct test1):%d\n",sizeof(struct test1));
    printf("offsetof(struct test1,c):%d\n",offsetof(struct test1,c)); 
    printf("test1空间利用率：%.2lf\n\n",(double)(sizeof(double)+2*sizeof(char))/(double)sizeof(struct test1)); 
    printf("sizeof(struct test2):%d\n",sizeof(struct test2));
    printf("offsetof(struct test2,c):%d \n",offsetof(struct test2,c)); 
    printf("test2空间利用率：%.2lf\n\n",(double)(sizeof(double)+2*sizeof(char))/(double)sizeof(struct test2)); 
    printf("sizeof(struct test3):%d\n",sizeof(struct test3));
    printf("offsetof(struct test3,c):%d\n",offsetof(struct test3,c));
    printf("test3空间利用率：%.2lf\n\n",(double)(sizeof(double)+2*sizeof(char))/(double)sizeof(struct test3)); 
 
    /*验证结论猜想是否正确*/ 
    printf("sizeof(struct test4):%d\n",sizeof(struct test4));
    printf("offsetof(struct test4,c):%d\n",offsetof(struct test4,c));
    printf("test4空利用率：%.2lf\n\n",(double)(sizeof(double)+2*sizeof(int))/(double)sizeof(struct test4)); 

    system("PAUSE");
    return 0;
}