c语言-结构体
文章目录
- 1. 结构体类型的声明
- 2 . 结构体变量的创建和初始化
- (1)结构体变量的创建和初始化
- (2)结构的特殊声明
- （3）结构的自引用
- （4）typedef和结构体
- 3 . 结构成员访问操作符
- 4. 结构体传参
- 5. 结构体内存对齐
- （1）对齐规则
- （2）为什么存在内存对齐?
- （3）修改默认对齐数
- 6. 结构体实现位段
- （1）什么是位段
- （2）位段的内存分配
- （3）位段的跨平台问题
结构体：结构体里面是⼀些值的集合，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 如：int、char、double等等
结构体关键字：struct
1. 结构体类型的声明
struct tag // -类型名 ——>struct tag 相当于 int
{
//member - list; -成员变量
};//variable - list; -结构体类型变量命名
如
要描述一个学生的信息
struct S
{
char name[20];//姓名
char Stu[20];//学号
double grade; //成绩
}zhangsan;//结构体类型变量名
2 . 结构体变量的创建和初始化
(1)结构体变量的创建和初始化
这里有三种不同的创建和初始化
我们通过代码来看看:
struct S
{
char name[20];//姓名
char Stu[20];//学号
double grade; //成绩
}s1 = {"zhangsan","20231314",99.9};
//第一种（就是在创建结构体类型时创建变量）创建结构体变量和初始化
int main() {
//第二种创建结构体变量和初始化-与第一种的区别就是作用域不同
struct S s2 = {"lisi","2023520",99.8};
//第三种创建结构体变量和初始化-与第二种区别就是可以选择先初始化哪一种
struct S s3 = { .Stu = "2023521",.name = "wangwu",.grade = 99.6 };
return 0;
}
(2)结构的特殊声明
在声明结构的时候，可以不完全的声明。
如：
//省略了类型名
struct
{
double d;
char c;
int i;
}x;//直接创建变量
那么我们来看看这种情况：
//省略了类型名
struct
{
double d;
char c;
int i;
} *p,x;
//在上⾯代码的基础上，下⾯的代码合法吗？
p = &x;
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
（3）结构的自引用
如：我们来定义一个结构体，然后再在这个结构体中再定义一个该结构体变量
代码：
struct S
{
struct S s1;//自引用
char c;
int i;
};
.那么怎么样去计算该结构体大小捏？
是不是计算不了啊，所以这是设置是有问题
那么我们要怎么设置捏
我们可以通过指针的方式来实现
struct S
{
struct S *s1;//用指针
char c;
int i;
};
这样就可以通过地址来找到一样类型的结构体啦
（4）typedef和结构体
有时我们会用typedef来重命名结构体
那么如何用捏
//第一种
typedef struct
{
int data;
Node* next;
}Node;
//这种是错误的用法
//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。
//第二种
typedef struct Node
{
int data;
struct Node* next;
}Node;
//这种才是正确的重命名
3 . 结构成员访问操作符
结构体成员访问符有两个 ：分别是直接成员访问符 ** . **,和间接成员访问符 ->
如：
struct S
{
int i;
};
int main() {
struct S s1 = { 4 };
struct S* s = &s1;
//s1是结构体变量 i是成员名 s是结构体指针变量 i是成员名
printf("s1.=%d s->i=%d", s1.i, s->i);
return 0;
}
我们来打印看看：
4. 结构体传参
和其他变量传参一样，结构体传参也是分为传值调用和传址调用
如：
struct S
{
int i;
};
//传值调用
void cc(struct S s) {
printf("s.i=%d\n", s.i);
}
//传址调用
void CC(struct S* s) {
printf("s->i=%d\n", s->i);//第一种可以直接用 ->直接调用数据
printf("(*s).i=%d\n", (*s).i);//第二种就是可以先解引用再使用直接访问符
}
int main() {
struct S s1 = { 4 };
cc(s1);
CC(&s1);
return 0;
}
运行结果：
、
那么传地址好呢还是传值好呢？
结构体传参的时候，要传结构体的地址
为什么呢
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。
5. 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
我们先来看一个题：
struct S1
{
char a;
int i;
char b;
};
struct S2
{
char a;
char b;
int i;
};
int main() {
printf("struct S1=%zd\n", sizeof(struct S1));
printf("struct S2=%zd\n", sizeof(struct S2));
return 0;
}
运行结果：
哎，明明两个结构体的内容一样啊，为什么会出现不同的结果呢？
这就涉及到结构体存储的规则了，当内容一样时，顺序不一样，结构体的大小也会改变
（1）对齐规则
- 结构体的第⼀个成员对齐到和结构体变量起始位置偏移量为0的地址处
- 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 该成员变量大小的较小值。
- VS 中默认的值为 8
- Linux中 gcc 没有默认对齐数，对⻬数就是成员自身的大小
- 结构体总大小为最大对齐数（结构体中每个成员变量都有⼀个对齐数，所有对齐数中最大的的整数倍。
- 如果嵌套了结构体的情况，嵌套的结构体成员对齐到自己的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（含嵌套结构体中成员的对齐数）的整数倍。
拿上面的题来画图演示一下吧
S1：
S2：
我们再来一道结构体嵌套的
struct S1
{
char a;
int i;
char b;
};
struct S4
{
char c1;
struct S1 s1;
double d;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S4));
运行结果：
图解：
（2）为什么存在内存对齐?
⼤部分的参考资料都是这样说的：
- 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。
- 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。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： 让占用空间小的成员尽量集中在⼀起
（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()//取消设置的对⻬数，还原为默认
int main()
{
//输出的结果是什么？
printf("%d\n", sizeof(struct S));
return 0;
}
结构体在对齐方式不合适的时候，我们可以自己更改默认对齐数。
6. 结构体实现位段
（1）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。
如：
struct A
{//后面数字的单位是比特
int _a:2;
int _b:5;
int _c:10;
int _d:30;
};
（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。
例：
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
}
图解：
（3）位段的跨平台问题
1.int 位段被当成有符号数还是无符号数是不确定的。
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分配，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。
（4）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}
以上就是我的分享了，如果有什么错误，欢迎在评论区留言。
最后，谢谢大家的观看！