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结构体精讲1

article 2024/11/14 3:53:35

这一期我们讲一讲C语言中的自定义类型中的其中一种类型--->结构体

相信大家对于结构体都听了很久了吧，下面就由我来带领大家一起学习学习！

结构体类型是一种自定义的数据类型，用来组织不同类型的数据成员。结构体可以包含多个不同类型的成员变量，这些成员变量可以是基本数据类型（如int、float等）或其他自定义类型（如数组、指针等）。结构体类型的定义可以包含在函数内部或函数外部，可以通过关键字struct来定义一个结构体类型，并可以通过该类型来声明结构体变量。结构体变量可以像普通变量一样进行赋值、传递参数和返回值等操作。结构体类型可以通过点运算符来访问结构体变量的成员。

1. 结构体类型的声明

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

举一个学生的例子：

struct student
{
	char name[20];//名字
	int age;//年龄
	char Id[10];//学号
};//注意这里的分号别丢了！

2. 结构体变量的创建和初始化

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <stdio.h>

struct student
{
	char name[20];//名字
	int age;//年龄
	char Id[10];//学号
};//注意这里的分号别丢了！
int main()
{
	//按照结构体成员的顺序初始化
	struct student s1 = { "张三", 20, "2211000" };
	printf("name: %s\n", s1.name);
	printf("age : %d\n", s1.age);
	printf("id : %s\n", s1.Id);

	//按照指定的顺序初始化
	struct student s2 = { .age = 18, .name = "李四", .Id = "2211001" };
	printf("name: %s\n", s2.name);
	printf("age : %d\n", s2.age);
	printf("id : %s\n", s2.Id);

	return 0;
}

3. 结构体内存对齐

上面的内容都是比较简单的，所以就没有很细的讲解，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。

我们来看看两个代码：

我们可以看见,因为整型i的位置放的不同，我们的结构体的大小就会变得不同，为什么会会引起这样的现象呢？那么我们下面就要先学习学习结构体内存对齐的规则了！

对齐规则：

1. 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。

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变量大小的较小值。

- VS 中默认的值为 8

- Linux中 gcc 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。

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齐数（含嵌套结构体中成员的对⻬数）的整数倍。

下面我们就按照这个规则一起来看看上面两个代码的值：

代码一：

代码二：

不知道老铁们看了这两个的讲解后理解了没有，接着我们再来看一个代码帮助我们巩固：

struct S3
{
	double d;
	char c;
	int i;
};

struct S4
{
	char c1;
	struct S3 s3;
	double d;
};
int main()
{
	printf("%zd\n", sizeof(struct S3));
	printf("%zd\n", sizeof(struct S4));

	return 0;
}

那么此时的值又为多少呢？老铁们可以先试试看哦。

想必讲到这里，大家对此的对齐规则有了更深的认识吧！

为什么存在内存对齐?

大部分的参考资料是这样说的：

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。

总体来说：结构体的内存对⻬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。