1、结构体类型的声明
1.1、结构体的概念
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。
1.2、结构的声明
struct tag
{
member-list;
}variable-list;
在一般情况下,tag、member-list、variable-list 这 3 部分至少要出现 2 个。以下为实例:
//此声明声明了拥有3个成员的结构体,分别为整型的a,字符型的b和双精度的c
//同时又声明了结构体变量s1
//这个结构体并没有标明其标签
struct
{
int a;
char b;
double c;
} s1;
//此声明声明了拥有3个成员的结构体,分别为整型的a,字符型的b和双精度的c
//结构体的标签被命名为SIMPLE,没有声明变量
struct SIMPLE
{
int a;
char b;
double c;
};
//用SIMPLE标签的结构体,另外声明了变量t1、t2、t3
struct SIMPLE t1, t2[20], *t3;
//也可以用typedef创建新类型
typedef struct
{
int a;
char b;
double c;
} Simple2;
//现在可以用Simple2作为类型声明新的结构体变量
Simple2 u1, u2[20], *u3;
在上面的声明中,第一个和第二个声明被编译器当作两个完全不同的类型,即使他们的成员列表是一样的,如果令 t3=&s1,则是非法的。
1.3、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;//现在运用结构体指针后大小就是可算的
};
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;
2、结构体变量的创建和初始化
有了结构体类型,那如何定义变量,其实很简单,结构体变量的初始化使用{}
#include <stdio.h>
struct Books
{
char title[50];
char author[50];
char subject[100];
int book_id;
} book = {"C 语言", "RUNOOB", "编程语言", 123456};
int main()
{
printf("title : %s\nauthor: %s\nsubject: %s\nbook_id: %d\n", book.title, book.author, book.subject, book.book_id);
}
执行结果:
title : C 语言
author: RUNOOB
subject: 编程语言
book_id: 123456
常见初始化
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
//初始化:定义变量的同时赋初值。
struct Point p3 = {x, y};
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
3、结构成员访问操作符
结构成员访问操作符有两个,分别是 . 和 ->
形式如下:
结构体变量.成员变量名
结构体指针—>成员变量名
举例:
#include <stdio.h>
#include <string.h>
struct Stu
{
char name[15];//名字
int age; //年龄
};
void print_stu(struct Stu s)
{
printf("%s %d\n", s.name, s.age);
}
void set_stu(struct Stu* ps)
{
strcpy(ps->name, "李四");
ps->age = 28;
}
int main()
{
struct Stu s = { "张三", 20 };
print_stu(s);
set_stu(&s);
print_stu(s);
return 0;
}
4、结构体内存对齐
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。这也是⼀个特别热门的考点: 结构体内存对齐
4.1、对齐规则
1.结构体的第⼀个成员对⻬到相对结构体变量起始位置偏移量为0的地址处
2.其他成员变量要对⻬到某个数字(对⻬数)的整数倍的地址处。
对⻬数=编译器默认的⼀个对⻬数与该成员变量⼤⼩的较⼩值。
-VS中默认的值为8
-Linux中没有默认对⻬数,对⻬数就是成员⾃⾝的⼤⼩
3.结构体总⼤⼩为最⼤对⻬数(结构体中每个成员变量都有⼀个对⻬数,所有对⻬数中最⼤的的整数倍。
4.如果嵌套了结构体的情况,嵌套的结构体成员对⻬到⾃⼰的成员中最⼤对⻬数的整数倍处,结构 体的整体⼤⼩就是所有最⼤对⻬数(含嵌套结构体中成员的对⻬数)的整数倍。
//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));
4.2、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⻬。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;⽽对⻬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⻬成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。
总的来说: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,我们既要满⾜对⻬,⼜要节省空间,如何做到:
让占⽤空间⼩的成员尽量集中在⼀起
//例如:
struct S1
{
char c1;
int i;
char c2;
};
struct S2
{
char c1;
char c2;
int i;
};
int main(){
printf("%zd\n",sizrof(struct s1));
printf("%zd\n",sizrof(struct s2));
}
S1 和 S2 类型的成员⼀模⼀样,但是 S1 和 S2 所占空间的大小有了⼀些区别。
4.3、修改默认对齐数
#pragma 这个预处理指令,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()//取消设置的默认对⻬数,还原为默认
struct SL
{
char c1;
int i;
char c2;
};
int main()
{
//输出的结果是什么?
printf("%d\n", sizeof(struct S));
printf("%d\n", sizeof(struct SL));
return 0;
}
5、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print2 和 print1 函数哪个好些? --->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。
6、结构体实现位段
6.1、什么是位段
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。
比如:
struct A
{
int _a:2;
int _b:5;
int _c:10;
int _d:30;
};
int main(){
printf("%d\n", sizeof(struct A));
return 0;
}
A就是一个位段类型,其所占内存的大小:
6.2、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 等类型
2、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。
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。
//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?
6.3、位段的跨平台问题
- int位段被当成有符号数还是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。