C语言：结构体

目录

结构体类型的声明

匿名结构体

全局结构体变量

嵌套结构体

访问结构体成员

结构的自引用

结构体变量的定义和初始化

结构体内存对齐

结构体内存对齐规则

修改默认对齐数 #pragma pack(n) 

offsetof 求结构体成员相对于结构体开头的偏移量的宏。 

为什么存在内存对齐?

结构体传参

结构体实现位段（位段的填充&可移植性）

什么是位段

位段的内存分配规则

位段的跨平台问题

位段的应用

结构体类型的声明

匿名结构体

/* 匿名结构体类型——只能用一次，即在声明的时候顺带创建一个变量 */
struct
{char name[20];int age;
} s4;

全局结构体变量

struct Stu
{char name[20];int age;
} s1, s2; // s1 s2是全局变量struct Stu
{char name[20];int age;
} s1 = {"zhanghai", 22}; // 声明并初始化全局变量s1

嵌套结构体

struct Score
{int score;char str[20];
};struct Stu
{char name[20];int age;struct Score s;
};int main()
{// 初始化局部变量s3struct Stu s3 = {"zhanghai", 22, {100, "q"}};printf("%s %d %d %s", s3.name, s3.age, s3.s.score, s3.s.str); // zhanghai 22 100 qreturn 0;
}

访问结构体成员

#include <stdio.h>/* 本例论如何声明结构体，并使用三种方式访问结构体各成员 */struct MyType
{/* 成员 */char name[20];int age;char sex[10];char tele[12];
};/* 接受结构体指针地址，struct MyType 类型int，表示一种类型;  *p是因为要指针赋值给指针变量时需加* */
void myPrintf(struct MyType *p)
{/* *p 表示使用*将指针变量p解引用，得到 *p == obj（可参考09_pointer） */printf("%s %d %s %s\n", (*p).name, (*p).age, (*p).sex, (*p).tele); // "zhanghai", 20, "nan", "15556201597"/* p 表示指针变量，结构体指针变量 -> 成员名，也就是结构体指针变量若想访问成员，需要操作符 -> */printf("%s %d %s %s\n", p->name, p->age, p->sex, p->tele); // "zhanghai", 20, "nan", "15556201597"
}int main()
{struct MyType obj = {"zhanghai", 20, "nan", "15556201597"};// 结构体对象.成员名printf("%s %d %s %s\n", obj.name, obj.age, obj.sex, obj.tele); // "zhanghai", 20, "nan", "15556201597"// 将结构体指针传入myPrintf(&obj);return 0;
}

结构的自引用

struct Node
{int data;struct Node* next;
};
typedef struct Node
{int data;struct Node* next;
}Node;

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//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

结构体内存对齐

结构体内存对齐规则

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 该成员大小的较小值。（gcc没有编译器对齐数，对齐数就是成员自身大小）

3. 结构体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。

struct S1
{char c1;int i;char c2;
};struct S2
{char c1;char c2;int i;
};struct S3
{double d;char c;int i;
};printf("%d\n", sizeof(struct S1)); // 12
printf("%d\n", sizeof(struct S2)); // 8
printf("%d\n", sizeof(struct S3)); // 16

修改默认对齐数 #pragma pack(n) 

/* 修改编译器默认对齐数为4，请看结构体规则第2点 */
#pragma pack(4)
struct S
{int i;    // 0double d; // 4 8 ——> 4
};
#pragma pack()#pragma pack(1)
struct Sd
{char c;int i;char c1;
};
#pragma pack()printf("%d\n", sizeof(struct S));  // 12 （修改对齐数之前是16）
printf("%d\n", sizeof(struct Sd)); // 6

offsetof 求结构体成员相对于结构体开头的偏移量的宏。 

    
struct S1
{char c1;int i;char c2;
};struct S3
{double d;char c;int i;
};// S1
printf("%d\n", offsetof(struct S1, c1)); // 0
printf("%d\n", offsetof(struct S1, i));  // 4
printf("%d\n", offsetof(struct S1, c2)); // 8
// s3
printf("%d\n", offsetof(struct S3, d)); // 0
printf("%d\n", offsetof(struct S3, c)); // 8
printf("%d\n", offsetof(struct S3, i)); // 12

结构在对齐方式不合适的时候，我们可以自己更改默认对齐数。 

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。

总体来说： 结构体的内存对齐是拿空间来换取时间的做法

结构体传参

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。

/* 结构体传参 */
struct SC
{int data[1000];int num;
};// 结构体传参
void print1(struct SC s)
{printf("%d\n", s.num);
}
// 结构体地址传参
void print2(struct SC *ps)
{printf("%d\n", ps->num);
}struct SC s = {{1, 2, 3, 4}, 1000};
print1(s);  // 传结构体
print2(&s); // 传地址

结构体实现位段（位段的填充&可移植性）

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 。
  1. 位段的成员名后边有一个冒号和一个数字。
struct A
{int _a : 2; int _b : 5;int _c : 10; int _d : 30; 
};

 A就是一个位段类型。

位段的内存分配规则

1. 位段的成员可以是 int unsigned int signed int 或者是 char （属于整形家族）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。

4. int 位段被当成有符号数还是无符号数是不确定的。

5. 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。

6. 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。

7. 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

struct A
{/* 上来二话不说先开辟4个字节空间，也就是 32个bit位 */int _a : 2;  // _a占2个bit位int _b : 5;  // _b占5个bit位int _c : 10; // _c占10个bit位/* 到这里发现 只剩 15 个bit位，不够存放_d的30个bit，那么会再次开辟4个字节用来存放 */int _d : 30; // _d占30个bit位
};printf("%d\n", sizeof(struct A)); // 8 未使用位段就是16个字节

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
  3. 器会出问题。
  4. 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。
  5. 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

位段的应用

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