C语言 | 结构体类型（声明、初始化、成员访问、内存对齐、传参）

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一、结构体类型的引入

  C语言中的内置类型不能表示所有的场景，有时候我们需要其中的几种一起来修饰某个变量，例如一个学生的信息就需要学号（字符串），姓名（字符串），年龄（整形）等等，这些数据类型都不同但是他们又是表示一个整体，要存在联系，那么我们就需要一个新的数据类型。
  结构体类型：结构体是一些值的集合，这些值称为成员变量。结构体的每个成员可以是不同类型的变量。简单来说，结构体是具有相同或不同元素类型的集合。

二、结构体的声明

struct tag//命名
{
	member-list;//成员列表
}variable-list;//结构体变量

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
};

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

结构体的成员可以是标量、数组、指针，甚至是其他结构体。

三、结构体变量的定义和初始化

struct Point{
	int x;
	int y;
}p1;//声明类型的同时定义变量p1
struct Point p2;//定义结构体变量p2
struct Point p3 = { 10, 20 };//初始化，定义变量的同时赋初值

struct Stu//类型声明
{
	char name[15];//名字
	int age;//年龄
};
struct Stu s = { "Zhangsan", 20 };//初始化

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

四、结构体成员的访问

• 结构体变量访问成员：结构体变量的成员是通过点（.）操作符访问的。

struct Stu
{
	char name[20];
	int age;
};
struct Stu s;
strcpy(s.name, "Zhangsan");//使用.访问name成员
s.age = 20;//使用.访问age成员

• 结构体指针访问指向变量的成员：有时候我们得到的不是一个结构体变量，而是指向一个结构体题的指针。

struct Stu
{
   char name[20];
   int age;
};
void print(struct Stu* ps){
   printf("name = %s  age = %d\n", (*ps).name, (*ps).age);
   //使用结构体指针访问指向变量的成员
   printf("name = %s  age = %d\n", ps->name, ps->age);
}
int main()
{
   struct Stu s = {"Zhangsan",20};
   print(&s);
   system("pause");
   return 0;
}

五、结构体内存对齐

1.内存对齐是什么？
内存对齐本质是以牺牲空间的方式来换取时间，提升效率的策略。
2.为什么存在内存对齐？
  硬件寻址的限制可能会导致CPU寻址效率降低

• 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的数据，否则抛出硬件异常

• 性能原因：数据结构（尤其是栈）应该尽可能的在自然边界上对齐。原因在于，为了访问未对齐的内存，处理器需要做两次内存访问，而对齐的内存仅需要一次访问。

3.如何计算内存对齐？
对齐：起始偏移量能整除对齐数即为对齐；
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（VS中的默认值为8）—— 默认自身对齐；
3> 结构体的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；
5> 数组的对齐数就是它的基本类型大小，和数组的元素个数无关。

练习：

struct S
{
	double d;//8
	char c;//1
	int i;//3+4
};
struct S1
{
	char c1;//1
	struct S s;//7+16
	double d;//8
};
struct S2
{
	char x;//1
	char *cp;//3+4
	char a[3];//3
	double *b[5];//1+20
	struct S1 *s;//4   ---->36
	struct S1 d[3];//4+32*3  ---->136
	char e;//1   ---->137
};//137->8:144
int main()
{
	printf("%d\n", sizeof(struct S));//16
	printf("%d\n", sizeof(struct S1));//32
	printf("%d\n", sizeof(struct S2));//144
	system("pause");
	return 0;
}

• 修改默认对齐数

#pragma pack(8)//设置默认对齐数为8
#pragma pack()//取消设置的默认对齐数，还原为默认
#pragma pack(1)//设置默认对齐数为1
#pragma pack()//取消设置的默认对齐数，还原为默认

六、结构体传参

结构体传参的时候，要传结构体的地址
原因：函数传参的时候，参数是需要压栈的，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，所以会导致性能的下降。

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
	system("pause");
	return 0;
}