【C语言】—— 自定义类型（结构体、枚举、联合）

 

目录

一、结构体

1.什么是结构体？

2.结构体的声明

3.结构体的自引用 

4. 结构体变量的定义和初始化 

二、结构体的内存对齐 

三、修改默认对齐数 

四、结构体的传参 

五、结构体成员的访问 

六、总结

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一、结构体

1.什么是结构体

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。简单的讲：学校包含了学生、老师、教室、宿舍等 ；人包含了姓名、年龄、性别、体重等；

2.结构体的声明

结构体的声明分为：正常声明和特殊声明（匿名结构体）；

//描述一个学生(正常声明)
struct Stu
{
	char name[10];//学生的姓名
	int age;//学生的年龄
	char sex[10];//学生的性别
	char id[15];//学生的学号
}stu;

//描述一个学生(特殊声明)
struct
{
	char name[10];//学生的姓名
	int age;//学生的年龄
	char sex[10];//学生的性别
	char id[15];//学生的学号
}stu;

这两个不同的声明的区别： 

3.结构体的自引用 

自引用就是自己引用（包含）自己； 

//结构体的自引用
struct Node
{
	int data;
	struct Node* next;
};

4. 结构体变量的定义和初始化 

//描述一个学生(正常声明)
struct Stu    //类型声明
{
	char name[10];//学生的姓名
	int age;//学生的年龄
	char sex[10];//学生的性别
	char id[15];//学生的学号
}stu1, stu2 = { "lisi",21,"male","10225678" };//声明类型的同时定义变量 stu1, stu2  并把stu2赋初值

struct Stu stu3 = { "zhangsan",20,"male","1025347" };//定义结构体全局变量 stu3 并赋值

struct Node
{
	int data;
	struct Stu p;
	struct Node* next;
}n1 = { 10, {"lili",21,"female","10225678"}, NULL }; //结构体嵌套初始化

struct Node n2 = { 20, {"wangwu",21,"male","10225678"}, NULL };//结构体嵌套初始化

int main()
{
	struct Stu stu4;//定义结构体局部变量 stu4
	return 0;
}

二、结构体的内存对齐 

结构体所占空间大小是多少呢？是不是将成员列表中不同类型所占字节数相加的结果呢？

分析下列代码： 

#include <stdio.h>
struct S
{
	char a;
	int b;
	char c;
}s;

struct D
{
	int b;
	char a;
	char c;
}d;

int main()
{
	printf("S所占字节数：%d\n", sizeof(struct S));
	printf("D所占字节数：%d\n", sizeof(struct D));
	return 0;
}

这种题目很简单，小意思嘛！S所占字节数=1+4+1=6byte；D所占字节数=4+2+2=6byte；

真的就这么简单吗？？？？？？？先看运行结果：

结果图的内存大小到底怎么计算呢？ 

首先得掌握结构体的对齐规则：

        1. 第一个成员在与结构体变量偏移量为0的地址处。
        2. 其他成员变量要对齐到某个数字（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 该成员大小的较小值

        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）的整数倍。
        4. 如果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 体的整体大小就是所有最大对齐数（含嵌套结构体的对齐数）的整数倍。

结构体嵌套的情况如何计算，代码如下： 

#include <stdio.h>
//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 S3));
	printf("%d\n", sizeof(struct S4));
	return 0;
}

 ​​​​

  

为什么会存在内存对齐？ 

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；

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：

        如下代码，两个成员变量相同，但是位置不同，所得到的结果也就存在差异；通过比较，如果将 让占用空间小的成员尽量集中在一起，就能够既要满足对齐，又节省空间；

#include <stdio.h>
struct S1
{
	char c1;
	int i;
	char c2;
};
struct S2
{
	char c1;
	char c2;
	int i;
};


int main()
{
	printf("%d\n", sizeof(struct S1));
	printf("%d\n", sizeof(struct S2));
	return 0;
}

 

三、修改默认对齐数 

对齐数也是可以被修改的，利用到 #pragma 这个预处理指令；

未修改前的结构体大小： 

#include <stdio.h>

struct S1
{
	char c1;
	int i;
	char c2;
};
int main()
{
	printf("%d\n", sizeof(struct S1));
	return 0;
}

 

修改后的： 

#include <stdio.h>
#pragma pack(1)//设置默认对齐数为1
struct S1
{
	char c1;
	int i;
	char c2;
};
int main()
{
	printf("S1所占字节数：%d\n", sizeof(struct S1));
	return 0;
}
#pragma pack()//取消设置的默认对齐数，还原为默认

 

四、结构体的传参 

#include <stdio.h>
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
	return 0;
}

上面两个代码print1传的是结构体，print2传的是结构体的地址 ，我们要首选print2这种传参方式；

原因：

        函数传参的时候，参数是需要压栈，（这里可以去查看我之前的博客，函数栈帧的创建和销毁https://blog.youkuaiyun.com/sjsjnsjnn/article/details/122811828?spm=1001.2014.3001.5502）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，参数压栈的的系统开销比较大，所以会导致性能的下降

五、结构体成员的访问 

1. 结构变量的成员是通过点操作符（.）访问的：结构体变量.成员变量

2. 结构体指针访问指向变量的成员，结构体指针->成员变量名

#include <stdio.h>
struct Stu
{
	char name[10];//学生的姓名
	int age;//学生的年龄
	char sex[10];//学生的性别
	char id[15];//学生的学号
};

int main()
{
	struct Stu stu = { "zhangsan",20,"male","10001" };
	struct Stu* p = &stu;
	//点操作符访问成员
	printf("name=%s age=%d sex=%s id=%s\n", stu.name, stu.age, stu.sex, stu.id);
	//指针访问成员
	printf("name=%s age=%d sex=%s id=%s\n", p->name, p->age, p->sex, p->id);
    //通过解引用相当于得到了stu，所有用点操作符
	printf("name=%s age=%d sex=%s id=%s\n", (*p).name, (*p).age, (*p).sex, (*p).id);
	return 0;
}

六、总结

         对于结构体这一章节，比较重要的是内存对齐的规则和结构体传参，掌握了这些基本的用法，相信对于结构体的使用，不是很困难。 

注：枚举和联合还未完善（修改日期2022/6/20）