C语言进阶——4自定义类型（1）—结构体

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于 2025-02-13 20:34:52 首次发布

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本小节重点：

结构体类型的声明
结构的自引用
结构体变量的定义和初始化
结构体内存对齐
结构体传参
结构体实现位段（位段的填充&可移植性）

1 结构体的声明

1.1 结构的基础知识

定义：结构体是一些值的集合，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。

1.2 结构的声明

struct tag
{
   member-list;
}variable-list;

示例：描述一个学生信息

struct Stu
{
 char name[20];//名字
 int age;//年龄
 char sex[5];//性别
 char id[20];//学号
}; //注意：分号不能丢

1.3 特殊的声明

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）。
那么在上面代码的基础上，下面的代码合法吗？

p = &x;

在这里插入图片描述
答案是：是非法的，编译器会把上面的两个声明当成完全不同的两个类型。

1.4 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？

代码1


struct Node
{
 int data;
 struct Node next;
};
//可行否？
如果可以，那sizeof(struct Node)是多少？

代码1分析：不可以这样自引用

正确的结构体自引用方式：

struct Node
{
 int data;
 struct Node* next;
};

在这里插入图片描述

1.5 结构体变量的定义和初始化

1. 结构体变量定义和初始化的几种方式

声明类型的同时定义变量p1/定义结构体变量p2/定义变量的时候同时赋值

代码1

struct Point
{
	int x;
	int y;
}p1;             //声明类型的同时定义变量p1 这里定义的变量都是全局变量


//初始化：定义变量的同时赋初值。
struct Point p3 = { 1, 2 };

int main()
{
    struct Point p2;//定义结构体变量p2   这里定义的是局部变量
	return 0;
}

2. 结构体重命名

代码2

//重命名1
typedef struct Stu //类型声明 
{
	char name[15];//名字
	int age;      //年龄
}Stu;
int main()
{
     Stu s = { "zhangsan", 20 };//初始化
	return 0;
}

//重命名2
struct Stu //类型声明 
{
	char name[15];//名字
	int age;      //年龄
};
typedef  struct Stu Stu
int main()
{
     Stu s = { "zhangsan", 20 };//初始化
	return 0;
}

3. 结构体嵌套初始化

代码3


#include <stdio.h>
struct Point
{
	int x;
	int y;
}p1; //声明类型的同时定义变量p1
struct Point p2; //定义结构体变量p2
//初始化：定义变量的同时赋初值。
struct Point p3 = { 1, 2 };
struct Stu //类型声明
{
	char name[15];//名字
	int age;     //年龄
};
struct Stu s = { "zhangsan", 20 };//初始化

struct Node
{
	int data;
	struct Point p;
	struct Node* next;
}n1 = { 10, {4,5}, NULL }; //结构体嵌套初始化


int main()
{
	struct Node n2 = { 20, {5, 6}, NULL };//结构体嵌套初始化
	return 0;
}

1.6 结构体内存对齐

如何计算一个结构体的大小，遵循结构体对齐原则

一、结构体的对齐规则：

第一个成员，对齐到结构体在内存中存放位置的0偏移处。
从第二个成员开始，每个成员都要对齐到某个数字（对齐数）的整数倍的地址处。
对齐数 = 编译器默认的一个对齐数与该成员自身大小的较小值。
VS中默认的对齐数为8
结构体总大小为所有成员的对齐数中最大对齐数的整数倍。
如果结构体中嵌套了结构体的情况，嵌套的结构体对齐到自己的最大对齐数的整数倍处，结构体的整体大小必须是最大对齐数的整数倍。
这里的最大对齐数：就是所有最大对齐数（含嵌套结构体的对齐数）的整数倍

二、示例1

示例1代码

#include<stdio.h>
//练习1
struct S1
{
	char c1;
	int i;
	char c2;
};

int main()
{
	printf("%d\n", sizeof(struct S1));
	return 0;
}

示例1分析

示例1验证

三、示例2

示例2代码


#include<stdio.h>
//练习2
struct S2
{
	char c1;
	char c2;
	int i;
};
int main()
{
	printf("%d\n", sizeof(struct S2));
	return 0;
}

示例2分析

示例2验证

四、示例3

示例3代码

#include<stdio.h>
//示例3
struct S3
{
	double d;
	char c;
	int i;
};
int main()
{
	printf("%d\n", sizeof(struct S3));
	return 0;
}

示例3分析

示例3验证

五、示例4

示例4代码


#include<stdio.h>
//练习4-结构体嵌套问题
struct S3
{
	double d;
	char c;
	int i;
};
struct S4
{
	char c1;
	struct S3 s3;
	double d;
};
int main()
{
	printf("%d\n", sizeof(struct S4));
	return 0;
}

示例4分析

示例4验证

六、为什么存在内存对齐?

大部分的参考资料的解释：

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
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齐。
原因在于，为了访问未对齐的内存，处理器需要作两次内存访问；而对齐的内存访问仅需要一次访
问。

总体来说：：结构体的内存对齐是拿空间来换取时间的做法。

七、那在设计结构体的时候，我们既要满足对齐，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所占空间的大小不同，S1需要占用12字节，而S2只需要占用8字节

1.7 修改默认对齐数

之前我们见过了 #pragma 这个预处理指令，这里我们再次使用，可以改变我们的默认对齐数。

示例

#include <stdio.h>
#pragma pack(4)//设置默认对齐数为4
struct S1
{
	char c1;
	int i;
	char c2;
};
#pragma pack()//取消设置的默认对齐数，还原为默认

#pragma pack(1)//设置默认对齐数为1
struct S2
{
	char c1;
	int i;
	char c2;
};
#pragma pack()//取消设置的默认对齐数，还原为默认
int main()
{
	//输出的结果是什么？
	printf("%d\n", sizeof(struct S1));
	printf("%d\n", sizeof(struct S2));
	return 0;
}

分析

结构体在对齐方式不合适的时候，我们可以自己更改默认对齐数。

1.8 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 √ 更优选择
 return 0;
}