C语言详谈自定义类型:结构体-优快云博客

前言

前面我们详细的说了C语言中的内置数据类型, 这一部分我们开始一个新的篇章, C语言中自定义类型, 我们现实生活中的很多东西, 在计算机世界中我们只能通过建模将他们转化成结构体才能为我们所用~

前文回顾

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。

结构的声明

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

例如描述⼀个学⽣：

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

结构体变量的创建和初始化

#include <stdio.h>
struct Stu
{
	char name[20];//名字
	int age;//年龄
	char sex[5];//性别
	char id[20];//学号
};
int main()
{
	//按照结构体成员的顺序初始化
	struct Stu s = { "张三", 20, "男", "20230818001" };
	printf("name: %s\n", s.name);
	printf("age : %d\n", s.age);
	printf("sex : %s\n", s.sex);
	printf("id : %s\n", s.id);

	//按照指定的顺序初始化
	struct Stu s2 = { .age = 18, .name = "lisi", .id = "20230818002", .sex = "⼥" };
	printf("name: %s\n", s2.name);
	printf("age : %d\n", s2.age);
	printf("sex : %s\n", s2.sex);
	printf("id : %s\n", s2.id);
	return 0;
}

结构的特殊声明

在声明结构的时候，可以不完全的声明。比如

//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）。

那么问题来了？

//在上⾯代码的基础上，下⾯的代码合法吗？

p = &x;

警告：

编译器会把上⾯的两个声明当成完全不同的两个类型，所以是⾮法的。

匿名的结构体类型，如果没有对结构体类型重命名的话，基本上只能使⽤⼀次。

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？

⽐如，定义⼀个链表的节点：

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

上述代码正确吗？如果正确，那 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，这样结构体变量的⼤⼩就会⽆穷的⼤，是不合理的。

正确的⾃引⽤⽅式：

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，但是在匿名结构体内部提前使⽤Node类型来创建成员变量，这是不⾏的。

解决⽅案如下：定义结构体不要使⽤匿名结构体了

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

结构体内存对⻬

我们已经掌握了结构体的基本使⽤了。

现在我们深⼊讨论⼀个问题：计算结构体的⼤⼩。

这也是⼀个特别热⻔的考点：结构体内存对⻬

详细看这一片:

C/C++ 详谈结构体大小计算(内存对齐)_c++结构体大小计算-优快云博客文章浏览阅读807次，点赞32次，收藏13次。C/C++结构体大小计算(内存对齐)；修改默认对齐数；C++继承场景下的类的大小的计算；如何定义一个计算成员变量在类中偏移量的宏？_c++结构体大小计算https://blog.youkuaiyun.com/yuzhaokangcode/article/details/149510634?spm=1001.2014.3001.5501

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
	return 0;
}

上⾯的 print1 和 print2 函数哪个好些？

答案是：⾸选print2函数。

原因：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。

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。

结论：

结构体传参的时候，要传结构体的地址.

结构体实现位段

结构体讲完就得讲讲结构体实现位段的能⼒

什么是位段

位段的声明和结构是类似的，有两个不同：

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。

位段的成员名后边有⼀个冒号和⼀个数字。

⽐如：

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

A就是⼀个位段类型。那位段A所占内存的⼤⼩是多少？

printf("%d\n", sizeof(struct A));

位段的内存分配

位段的成员可以是 int unsigned int signed int 或者是 char 等类型

位段的空间上是按照需要以4个字节（ int ）或者1个字节（ char ）的⽅式来开辟的。

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。

//⼀个例⼦
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;
//空间是如何开辟的？

位段的跨平台问题

int 位段被当成有符号数还是比特就业课主页：https://m.cctalk.com/inst/s9yewhfr ⽆符号数是不确定的。

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。

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。

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。

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。

位段的应⽤

下图是⽹络协议中，IP数据报的格式，我们可以看到其中很多的属性只需要⼏个bit位就能描述，这⾥使⽤位段，能够实现想要的效果，也节省了空间，这样⽹络传输的数据报⼤⼩也会较⼩⼀些，对⽹络的畅通是有帮助的。

位段使⽤的注意事项

位段的⼏个成员共有同⼀个字节，这样有些成员的起始位置并不是某个字节的起始位置，那么这些位置处是没有地址的。内存中每个字节分配⼀个地址，⼀个字节内部的bit位是没有地址的。

所以不能对位段的成员使⽤&操作符，这样就不能使⽤scanf直接给位段的成员输⼊值，只能是先输⼊放在⼀个变量中，然后赋值给位段的成员。

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;
}