深入理解结构体

• 一、结构体类型的声明
• 二、结构体变量的初始化
• 三、结构体的自引用
• 四、特殊结构体声明
• 五、结构体内存对齐
• 六、结构体传参
• 七、结构体实现位段

文章目录

• 前言

  c语言中允许我们自己创造一些类型，即自定义类型，如结构体、联合体、枚举类型

  今天要讲的是结构体。

• 一、结构体类型的声明
• 二、结构体变量的初始化
• 三、结构体的自引用
• 四、特殊结构体声明
• 五、结构体内存对齐
• 六、结构体传参
• 七、结构体实现位段
• 总结

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前言

提示：这里可以添加本文要记录的大概内容：

c语言中允许我们自己创造一些类型，即自定义类型，如结构体、联合体、枚举类型

今天要讲的是结构体。

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提示：以下是本篇文章正文内容，下面案例可供参考

一、结构体的声明和变量定义

结构是一些值的集合，这些值成为成员变量，结构的每个成员可以是不同类型的变量。

类比于数组，数组是一组相同类型的值的集合，而结构体是一组不同类型的值的集合，每个成员变量类型可以不同。

结构体关键字是struct。

下面是一个结构体的声明

struct tag
	{
		int a;
		char arr[10];
	    //member_list;
	}variable_list;

注意结构体最后的分号，这是不能缺少的。

此结构体类型为struct tag。

大括号内部为member_list,即成员变量。

代码最后的variable_list是创建的变量名，此处变量可创建也可不创建，不做要求。同时，此方法创建的变量是全局变量。

此外还有另一种创建变量的方式，这是在main函数内部创建变量，所创建的变量也当然是局部变量。

int main()
{
	struct tag s1;
	struct tag s2;
	return 0;
}

同时，为了简便书写，可以利用typedef来重命名结构体类型。

typedef struct student
{
	char arr[20];
	int age;
}stu;
int main()
{
	stu s;
	return 0;
}

此时，struct student类型的结构体就被重命名成为stu，以后使用时直接用stu创建结构体变量即可

二、结构体变量的初始化

结构体变量的初始化需要使用大括号。如下：

typedef struct student
{
	char arr[20];
	int age;
}stu;
int main()
{
	stu s = {"zhangsan",18};

	return 0;
}

此外，还有结构体嵌套初始化，在大括号里用大括号来初始化嵌套的结构体。

struct Point
{
	int x;
	int y;
};
struct Node
{
	int data;
	struct Point p;
	struct Node* next;
};
int main()
{
	struct Node n = { 20,{5,6},NULL };//结构体嵌套初始化
	return 0;
}

三、结构体的自引用

结构体的自引用类似于函数的递归，不过结构体的自引用需要使用结构体指针，否则便会如同死递归一样，一直循环，却没有结果。

下面是正确用例。

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

四、特殊结构体声明

匿名结构体类型

在声明结构的时候，可以不完全声明

struct
{
	int a;
	char b;
	float c;
}x;

struct
{
	int a;
	char b;
	float c;
}*p;

但是要注意的是，上面两个结构体是完全不同的类型，即编译器会把上面两个声明当成完全不同的类型。

五、结构体内存对齐

了解结构体在内存中的存储方式，以便我们计算结构体的大小。

看下面的代码，思考为什么是这个结果

struct S
{
	int a;
	char b;
	float c;
}S;

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

 这是由于结构体内存对齐的原因。

1.结构体的第一个成员永远放在0偏移处

2.从第二个成员开始，以后每个成员都要对齐到某个对齐数的整数倍处，这个对齐数是：成员自身大小和默认对齐数的较小值。

备注：

VS环境下默认对齐数是8

gcc环境下 没有默认对齐数，此时对齐数就是成员自身大小

3.当成员全部存放后

结构体的总大小必须是，所有成员的对齐数中最大对齐数的整数倍。

如果不够，则浪费空间对齐。

值得一提的是，不止是最后浪费空间对齐，而是每次对齐的时候，如果不满足规则都要浪费空间对齐。

这个是上面例题的内存解释。

a占四个字节，从0到3，吧,b占一个字节，c由于要对齐，且本身大小为4个字节，故要从8开始，到12的前面，故最终内存大小为12。

此外，如果嵌套了结构体，则为另一种情况。

4.如果嵌套了结构体，嵌套的结构体成员要对齐到自己成员的最大对齐数的整数倍

整个结构体的大小，必须是最大对齐数的整数倍，最大对齐数包含嵌套的结构体成员中的对齐数。

如下所示

 此外，c语言中有一个宏叫offsetof是用来计算偏移量的。

头文件是#include<stddef.h>

struct S
{
	char c;
	int a;
};

int main()
{
	struct S s = { 0 };
	printf("%d\n", offsetof(struct S, c));//0
	printf("%d\n", offsetof(struct S, a));//4
	return 0;
}

为什么存在内存对齐呢？

 总的来说，内存对齐是拿空间换取时间的做法。

为了既要满足对齐，又要节省空间,我们应该：

让占用空间小的成员尽量集中在一起。

例如下面的两段代码

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，但是前者所占空间更大。

 我们还可以使用#pragma这个预处理指令，改变我们的默认对齐数。

#pragma pack(8)//设置默认对齐数为8

struct S1
{
	char c1;
	int i;
	char c2;
};
#pragma pack()//取消设置的默认对齐数，还原成默认

六、结构体传参

结构体传参有两种情况，一种是直接传结构体，另一种是传结构体地址。

struct S
{
	int data[1000];
	int num;
};
struct S s = { {1,2,3,4},1000 };

//结构体传参
void printf1(struct S s)
{
	printf("%d\n", s.num);
};

//结构体地址传参
void printf2(struct S* ps)
{
	printf("%d\n", ps->num);
}

int main()
{
	printf1(s);//传结构体
	printf2(&s);//传地址
	return 0;
}

实际应用中使用第二个函数，函数传参的时候，参数需要压栈，会有时间和空间上的系统开销。

如果传递一个结构体对象的时候，结构体过大，参数压栈的系统开销比较大，所以会导致性能下降。

即结构体传参时要传结构体地址。

七、结构体实现位段

位段是使结构体所占内存减少的一种结构。

位段的声明跟结构类似，有两个不同：

1.位段的成员必须是int、unsigned int、signed int等整形家族的成员。

2.位段的成员名后面有一个冒号和一个数字。

struct A
{
	int a : 2;
	int b : 5;
	int c : 10;
	int d : 30;
};

位段的位指的是二进制位，冒号后面的表示所占的比特位。

比如说一个int类型的数据很小，只需要2个比特位就可以完成存储，这个时候为了节约空间，我们就会用到位段。

位段的内存分配：

1.位段的成员可以是 int unsigned int signed int 或者是 char （属于整形家族）类型位段的成员可以是 int unsigned int signed int 或者是 char （属于整形家族）类型

2.位段的空间是按照需要4个字节（int）或者一个字节(char)的方式来开辟的。

3.位段涉及很多不稳定因素，是不跨平台的，可移植程序应避免使用位段。

上面是VS处理位段的情况，别的编译器不一定。

 位段的跨平台问题

1. int 位段被当成有符号数还是无符号数是不确定的。

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。

跟结构相比，位段可以达到同样的效果而且可以很好的节省空间，但是有跨平台问题存在

总结

以上便是结构体的全部知识，希望对大家有所帮助。