408学习笔记-15-C-结构体

1、结构体

结构体是一种自定义类型。

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。

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2、结构体的声明

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

以上声明的结构体的数据类型是：struct Student，这是一个整体，不能分开。

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3、结构体变量的创建和初始化

#include <stdio.h>
#include <string.h>

struct Stu
{
    char name[20];//名字
    int age;//年龄
    char sex;//性别
    char id[20];//学号
}s0 = {"zero", 0, 'M', "0"},s2;
//结构体全局变量的定义方式1
//结构体全局变量的初始化方式1：按照结构体成员变量的默认顺序初始化


//结构体全局变量的定义方式2
//结构体全局变量的初始化方式1：按照结构体成员变量的默认顺序初始化
struct Stu s1 = {"one", 1, 'M', "1"};


int main()
{

    printf("name: %s\n", s0.name);
    printf("age : %d\n", s0.age);
    printf("sex : %c\n", s0.sex);
    printf("id : %s\n", s0.id);

    printf("name: %s\n", s1.name);
    printf("age : %d\n", s1.age);
    printf("sex : %c\n", s1.sex);
    printf("id : %s\n", s1.id);


    //结构体全局变量的初始化方式2：按照结构体成员变量的指定顺序初始化
    strcpy(s2.name, "two");
    s2.age = 2;
    s2.sex = 'F';
    strcpy(s2.id, "2");

    printf("name: %s\n", s2.name);
    printf("age : %d\n", s2.age);
    printf("sex : %c\n", s2.sex);
    printf("id : %s\n", s2.id);


    //-------------------------------------------------------


    //结构体局部变量的定义方式
    //结构体局部变量的初始化方式1：按照结构体成员变量的默认顺序初始化
    struct Stu s3 = {"three", 3, 'M', "3"};

    printf("name: %s\n", s3.name);
    printf("age : %d\n", s3.age);
    printf("sex : %c\n", s3.sex);
    printf("id : %s\n", s3.id);


    //结构体局部变量的初始化方式2：按照结构体成员变量的指定顺序初始化
    struct Stu s4 = {.age = 4, .name = "four", .id = "4", .sex = 'F'};

    printf("name: %s\n", s4.name);
    printf("age : %d\n", s4.age);
    printf("sex : %c\n", s4.sex);
    printf("id : %s\n", s4.id);


    //结构体局部变量的初始化方式2：按照结构体成员变量的指定顺序初始化
    struct Stu s5;

    strcpy(s5.name, "five");
    s5.age = 5;
    s5.sex = 'F';
    strcpy(s5.id, "5");

    printf("name: %s\n", s5.name);
    printf("age : %d\n", s5.age);
    printf("sex : %c\n", s5.sex);
    printf("id : %s\n", s5.id);


    return 0;
}

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4、结构体类型的重命名

typedef struct Student
{
	char name[20];//名字
	int age;//年龄
	char sex[5];//性别
	char id[20];//学号
}Stu;//将结构体数据类型struct Student重命名为Stu

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5、匿名结构体

struct 
{
	char name[20];//名字
	int age;//年龄
	char sex[5];//性别
	char id[20];//学号
}s1;

1、匿名结构体类型就是在声明时，省略了标签的结构体数据类型。

2、匿名的结构体类型，如果没有对结构体类型使用typedef进行重命名的话，就只能在声明时定义结构体变量。

3、匿名结构体类型不能进行自引用。

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6、结构体类型指针

#include <stdio.h>

typedef struct Node
{
    int data;
}Node, *pNode;



int main()
{
    struct Node *p1 = NULL;//结构体指针定义方法1
    Node *p2 = NULL;//结构体指针定义方法2
    pNode p3 = NULL;//结构体指针定义方法3

    return 0;
}

以上为三种结构体指针局部变量的方法。

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7、结构体的自引用

结构体的自引用涉及到数据结构。

匿名的结构体类型是不能进行自引用的。

错误的自引用：

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

以上代码是错误的，因为一个结构体中再包含一个同类型的结构体变量，这样结构体变量的大小就会无穷的大，无法用sizeof()操作符获得其大小，是不合理的。

正确的自引用：

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

结构体的自引用时，结构体内部不能使用typedef产生的新命名，即：
错误代码：

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

正确代码：

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

原因：因为typedef的重命名作用是从新命名Node出现才开始生效的，可是在新命名Node出现前，也就是在结构体内部需要提前使用结构体类型，此时的typedef产生的新命名还未生效，所以在结构体内部不能使用typedef产生的新命名。

结构体的自引用常用于数据结构中对链表节点的构建。

struct Node
{
	int data;//数据域
	
	struct Node *next;//指针域
};

链表节点内部划分为数据域与指针域，数据域存放本节点所包含的信息，指针域存放指向下个节点的指针。

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8、结构体内存对齐

结构体的对齐规则：

1、结构体的第一个成员对齐到和结构体变量起始位置偏移量为0的地址处。

2、其他成员变量要对齐到偏移量为自身对齐数的整数倍的地址处。（这里的整数倍指的是在不覆盖前驱成员变量情况下的最小整数倍）

每个成员变量都有自己的对齐数，自身对齐数计算规则是：

（1）成员变量为基本数据类型：编译器的默认对齐数与该成员变量量级大小的较小值，即：min[编译器默认对齐数，成员变量量级]。

（2）成员变量为构造数据类型/自定义数据类型（数组、结构体、位段、枚举、联合）：由于构造数据类型复合了一系列子数据类型，而这些子数据类型也都有自己的对齐数，他们的对齐数里的最大值（最大对齐数）被作为当前这个构造数据类型的对齐数。

64位操作系统下编译器的默认对齐数为8，32位操作系统下编译器的默认对齐数为4。Linux操作系统中，编译器没有默认对齐数，那么成员变量的对齐数就是成员变量自身的大小。

3、结构体总大小为成员变量中的最大对齐数（结构体中每个成员变量都有一个对齐数，所有对齐数中最大的）的整数倍。（这里的整数倍是指能够容下所有成员变量前提下的最小整数倍）

4、如果嵌套了结构体的情况，子结构体成员变量的对齐数为子结构体的成员变量中的最大对齐数，父结构体的整体量级大小就是最大对齐数的整数倍。（这里的整数倍是指能够容下所有成员变量前提下的最小整数倍）

内存对齐的原因：

（1）平台原因：
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。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齐成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：结构体的内存对齐是拿空间来换取时间的做法。

可以通过让占用空间小的成员变量尽量挨在一起来节省空间：

struct S1
{
	char c1;
	int i;
	char c2;
};

struct S2
{
	char c1;
	char c2;
	int i;
};

以上代码成员变量都一样，但是所定义出来的结构体变量的大小不一样。

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9、结构体成员变量的访问

由结构体的内存对齐我们可知，结构体变量内部是具有框架结构的。

对结构体成员变量的访问就是找到对应框格里的数据。

9.1、直接访问

struct Student
{
    char name[20];//名字
    int age;//年龄
    char sex;//性别
    char id[20];//学号
}s1;

结构体成员变量直接访问操作符：.。

格式：结构体变量名.成员变量名。

9.2、间接访问

struct Student
{
    char name[20];//名字
    int age;//年龄
    char sex;//性别
    char id[20];//学号
};

struct Student *ps;

结构体成员变量间接访问操作符：->。

格式：结构体指针变量名->成员变量名。

还有一种方式是：(*结构体指针变量名).成员变量名。

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10、结构体传参

结构体有传值与传址两种传参方式。

与数组传参一样，传址这种传参方式更好。因为函数传参的时候，参数是需要压栈，会有时间和空间上的系统开销。若采用传址这种传参方式，如果结构体过大，参数压栈的的系统开销比较大，所以会导致性能的下降。