C语言-结构体-详解

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1.前言

在C语言中，除了整型、浮点型等给定的类型外，还有很多自定义类型，结构体就是其中之一。
结构体十分重要，想要学好数据结构，必须掌握指针、结构体和动态内存管理。
本篇，我将详细介绍C语言中的结构体。

2.结构体类型

结构体作为C语言的一种重要的数据类型，其特点是由一组数据组合而成，且这些数据的类型可以不同。

2.1声明

基本框架：

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

其中，tag为该结构体的名字，member-list为成员列表，variable-list为创建变量的列表。
例如：

struct student
{
	char name[20];
	int age;
	int tele;
}s1,s2;

为了存储一个学生的信息，需要存储姓名、年龄、电话等等内容，这些内容的数据类型显然不同，因此，可以用结构体存储:

struct student

这里定义了一个结构体类型struct student，代表该结构体类型用于存储学生信息。
在这之后：

{
	char name[20];
	int age;
	int tele;
}

这里的name、name、tele称为结构体的成员，共同组成成员列表。
最后：

s1,s2;

这里使用结构体类型创建了两个变量s1和s2，代表学生一和学生二。
当然，这里也可以不创建变量，但需注意， 分号一定不能丢 !

顺带一提，好像只要顺序正确，都能编译成功：

不过这样的代码过于恶心，这里只是尝试一下，平时可不敢这样写😂。

2.2变量的创建与初始化

创建：

struct Stu
{
	char name[20];
	int age;
	int tele;
}s1;
struct Stu S2;
int main()
{
	struct Stu S3;
	return 0;
}

S1、S2为全局变量，S3为局部变量

初始化大致分两种：

• 按原顺序进行初始化

struct Stu s1 = { "张三", 18, 11223344 };

• 按指定顺序进行初始化

struct Stu s2 = { .age = 81, .tele = 44332211, .name = "李四" };

2.3访问

直接访问：
使用.

struct Stu s1 = { "张三", 18, 11223344 };
printf("Name: %s\nAge: %d\nTele: %d\n", s1.name, s1.age, s1.tele);

运行结果如下：

通过指针访问：
常见于数据结构部分，因为这部分的结构体变量大多是在堆上分配的。

struct Stu *p = malloc(sizeof(struct Stu));
if(!p){perror("malloc");return 1;}
strcpy(p->name, "李四");
p->age = 81;
p->tele = 44332211;

printf("Name: %s\n", p->name);
printf("Age: %d\n", p->age);
printf("Tele: %s\n", p->tele);

free(p);
p = NULL;

运行结果如下：

一个小细节：

p->name = "李四";
//strcpy(p->name, "李四");

为什么不能写成这样？
在C语言中，字符串常量（如 “李四”）是不可修改的常量数组。
当试图将一个字符串常量赋值给一个字符数组时，编译器会报错：

因此，需要先创建一个字符数组，然后将字符串strcpy复制到这个数组中。

2.4匿名结构体类型

特点是没有名字，且只能用一次：

struct
{
	char name[20];
	int age;
	int tele;
}s,*ps;

使用时，只能在结构体后创建变量，如s、*ps。
且，即便两个匿名结构体的成员列表相同，它们依然是两个不同的类型。

3.结构体内存对齐

先来看看下面这段代码：

struct S1
{
 char c1;
 int n;
 char c2;
};
struct S2
{
 char c1;
 char c2;
 int n;
};
int main()
{
	printf("%zd\n",sizeof(struct S1));
	printf("%zd\n",sizeof(struct S2));
	return 0;
}

运行结果如下：

12
8

如果单纯的将成员列表中各个成员的大小相加，那么S1、S2都应该是6字节。
但是很遗憾，不仅不是6字节，S1、S2的大小甚至都不一样，这是为什么呢？

结构体的大小不是结构体元素单纯相加就行的，因为主流的计算机使用的都是32bit字长的CPU，对这类型的CPU取4个字节的数要比取一个字节要高效，也更方便。所以在结构体中每个成员的首地址都是4的整数倍的话，取数据元素时就会相对更高效，这就是内存对齐的由来。

3.1对齐规则

1. 第一个成员对齐到偏移量为0的位置。
2. 之后的成员对齐，对齐到对齐数的整数倍处。
3. 总大小需是最大对齐数的整数倍。

对齐数：

• 常见类型的对齐数，按默认对齐数和自身长度，较小的那个进行
• 数组的对齐数，按默认对齐数和自身成员长度，较小的那个进行
• 结构体的对齐数，按默认对齐数和自身成员最大长度，较小的那个进行

默认对齐数：
每个特定平台上的编译器都有自己的默认对齐数，如VS上的是8。
也可以通过预编译指令修改默认对齐数：

#pragma pack(n)

注：这里的n最好取2的倍数

3.2示例

下面我将给出多个结构体，并解释它们的大小是如何得到的。

struct S1
{
	char c1;
	char c2;
	int n;
}

先将c1存入偏移量为0的位置，占一字节：

再存c2，计算得对齐数为1，因此存入偏移量为1的位置，占一字节：

再存n，计算得对齐数为4，因此存入偏移量为4的位置，占四字节：

最后，最大对齐数为4，因此大小为8。

struct S2
{
 char c1;
 int n;
 char c2;
};

先将c1存入偏移量为0的位置，占一字节：

再存n，计算得对齐数为4，因此存入偏移量为4的位置，占四字节：

再存c2，计算得对齐数为1，因此存入偏移量为8的位置，占一字节：

最后，最大对齐数为4，因此大小为12。

struct S3
{
 short n;
 char c;
 int i;
};

先将n存入偏移量为0的位置，占两字节：

再存c，计算得对齐数为1，因此存入偏移量为2的位置，占一字节：

再存i，计算得对齐数为4，因此存入偏移量为4的位置，占四字节：

最后，最大对齐数为4，因此大小为8。

struct S4
{
 char c;
 struct S3 s3;
 double d;
};

先将c存入偏移量为0的位置，占一字节：

再存S3，计算得对齐数为4，因此存入偏移量为4的位置，占八字节：

再存d，计算得对齐数为8，因此存入偏移量为16的位置，占八字节：

最后，最大对齐数为8，因此大小为24。

希望本篇文章对你有所帮助！并激发你进一步探索C语言的兴趣！

本人仅是个C语言初学者，如果你有任何疑问或建议，欢迎随时留言讨论！让我们一起学习，共同进步！