结构体（c语言详解）

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#c语言 #开发语言

于 2025-04-18 15:48:16 首次发布

结构体是一些值的集合，这些值称为成员变量。结构体成员的每一个成员可以是不同类型的变量，如：数组，指针甚至是其他结构体。

一.结构体类型的声明

1.结构的声明

struct是结构体关键字，tag是结构体的自定义的标签名，struct tag是结构体类型。

member-list是成员列表，包含了这个结构体里包含的成员变量。

variable-list是变量列表，就是后续这几个变量使用这样类型的结构体。
结构体成员的定义方式与变量和数组的定义方式相同，不同的地方是结构体成员不能初始化。

举个例子，描述一个学生：

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

2.结构的特殊声明

在声明结构的时候，可以不完全的声明。即匿名结构体类型（省略tag)。

//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;

那么问题是来了，如果是上述基础上，p=&x代码合法吗，答案是肯定不合法，编译器会把上面两个声明当成完全不同的两个类型，并且匿名结构体类型如果没有对结构体类型重命名，基本上只能使用一次。

二.结构体变量的创建和初始化

1.变量的两种定义方式

struct Point
{
int x;
int y;
}p1;//声明的同时定义p1
struct Point p2;//声明之后定义p2

2.初始化的两种形式：按照结构体成员的顺序，或者指定的顺序初始化。

struct Point p3={10,20};

struct Stu
{
char name[15];
int age;
};
struct Stu s1={"huyue,18"};//按照结构体成员的顺序
struct Stu s2={.age=18,.name="eazin"};//指定的顺序初始化

//嵌套初始化
struct Node
{
int data;
struct Point p0;
struct Node*next;
}n1={10,{4,5},NULL};
struct Node n2={20,{5,6},NULL};

其中的嵌套初始化涉及到了结构的自引用，这里补充一下容易错误的点。

大家看一下下面的代码是否正确？如果正确，sizeof(struct Node)是多少？

仔细分析，其实是不行的，因为一个结构体中再包含一个同类型的结构体变量，无限嵌套，这样结构体变量的大小就会无穷的大，是不合理的。
正确的书写应该为：

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

在结构体自引用使用的过程中，夹杂了 typedef 对匿名结构体类型重命名，也容易引入问题，看看下面的代码，可行吗？

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

答案是不行的，因为Node是对前面的匿名结构体类型的重命名产生的，但是不能在匿名结构体内部提前使用Node类型来创建成员变量。

正确的写法：定义的时候不要使用匿名结构体。

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

三.结构体成员访问操作符

c语言中常见的操作符（最全最详细）-优快云博客这里面详细结合例子介绍了。

四.结构体内存对齐（考点）

结构体成员在内存中存在内存对齐现象，这里介绍一个宏：offsetof(type,number),计算结构体成员相较于结构体变量起始位置的偏移量。下面提供不同数据类型所占字节数，以便后续计算查看。

64位下指针大小为8个字节，32位下指针为4个字节

1.对齐规则：

1）结构体的第一个成员要对齐到和结构体变量起始位置偏移量为0的地址处。（从0开始！）

2）其他成员变量要对齐到对齐数的整数倍的地址处。（意思就是从这个数开始，往后数成员变量大小个格子）

对齐数=编译器默认的一个对齐数与该成员变量大小比较后的较小值。(VS中默认为8，Linux中gcc没有默认对齐数，对齐数就是成员自身的大小）

3）结构体总大小为最大对齐数（每个成员变量都有一个对齐数，取max)的整数倍

4)如果嵌套了结构体的情况，嵌套的结构体成员对齐到自己成员中最大对齐数的整数倍处，结构体的整体大小就是所有最大对齐数（含嵌套结构体）的整数倍。

接下来做几道练习题来深刻理解一下。

//练习1
struct S1
{
char c1;
int i;
char c2;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S1));
//练习2
struct S2
{
char c1;
char c2;
int i;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S2));
//练习3
struct S3
{
double d;
char c;
int i;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S3));
//练习4-结构体嵌套问题
struct S4
{
char c1;
struct S3 s3;
double d;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S4));

2.为什么存在内存对齐？

1）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。

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，为了访问未对⻬的内存，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。

总结：结构体的内存对齐是用空间换时间的做法。

所以我们在设计结构体时，要尽可能让占用空间小的成员集中在一起。避免浪费空间。

3.修改默认对齐数

#pragma预处理指令可以改变编译器的默认对齐数。

#include <stdio.h>
#pragma pack(1)//设置默认对⻬数为1
struct S
{
char c1;
int i;
char c2;
};
#pragma pack()//取消设置的对⻬数，还原为默认

五.结构体传参

结构体传参时要传结构体的地址

原因：函数传参数需要压栈，有时间和空间上的开销，如果传递一个结构体对象过大，压栈的系统开销会较大，导致性能下降。

struct S
{
int data[1000];
int num;
}
struct S s={{1,2,3,4},1000};
void print(struct S* ps)
{
 printf("%d",ps->num);
}
int main()
{
printf(&s);
return 0;
}

六.结构体实现位段

1.位段是什么：位段中的位指的是二进制的位

位段的声明和结构是类似的，有两个不同：

1）位段的成员必须是 int、unsigned int 或signed int ，在C99中位段成员的类型也可以选择其他类型。

2）位段的成员名后边有一个冒号和一个数字（表示截断的位数）。

举个例子：

struct A
{
int _a:2;
int _b:5;
int _c:10;
int _d:30;
}

A就是一个位段类型。

2.位段的内存分配：

1）位段的成员可以是int , unsigned int , signed int , char等；

2）位段的空间是按照需要以4字节（int）或1字节（char）进行开辟的；

3）位段涉及很多不确定因素，位段是不跨平台的，注重可移植的程序应该避免使用位段；

4）对于VS编译器，对于比特位的分配，需遵守以下两条原则：

① 申请到的一块内存中，从左向右还是从右向左使用是不确定的，VS是从右向左使用；

② 剩余的空间不足下一个成员使用时，则不使用该比特位，而从下一分配单元开始分配；

struct S
{
char a:3;
char b:4;
char c:5;
char d:4;
};
struct S s = {0};
s.a = 10;
s.b = 12;
s.c = 3;
s.d = 4;

3.. 位段的跨平台问题
1、int 位段被当做有符号还是无符号处理是不确定的；

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余位时，是舍弃余位另行开辟还是余位利用，标准尚未规定；

总结：跟结构相比，位段可以达到同样的效果，并且可以很好的节省空间，但是有跨平台的问题存在。

注：位段的几个成员共有同一个字节，故而导致有些成员的起始位置并不是某个字节的起始位置，故而这些位置是没有地址的（现代计算机多采用按字节变址，即为每个字节分配一个地址，一个字节内部的比特位没有地址）

故而：不能对位段成员使用&操作符，故而无法使用scanf直接给位段的成员输入值。

应将待赋值的值暂输入一个变量中，再赋值给位段的成员。

struct A
{
int _a : 2;
int _b : 5;
int _c : 10;
int _d : 30;
};
int main()
{
struct A sa = {0};
scanf("%d", &sa._b);//这是错误的
//正确的⽰范
int b = 0;
scanf("%d", &b);
sa._b = b;
return 0;
}