C语言自定义类型讲解：结构体，枚举，联合（1）

🐵本篇文章将对结构体相关知识进行讲解

1.结构体🖥️

1.1结构体定义

结构体（struct）是用户自定义的数据类型，用于组合一个或多个不同类型的数据成员

1.2结构体的声明

这里直接以代码为例

1.3特殊的声明

不完全声明或者说匿名声明

在这种情况下，该结构体类型只能使用一次，在创建该结构体类型变量时只能如上图所示创建，以下几种情况均错误：

//1
struct
{int age;float score;
} a;int main()
{struct b;printf("%d", b.age); //报错，因为struct类型已经在上面创建a变量时使用过一次return 0;
}//2
struct
{int age;float score;
};
int main()
{struct b;printf("%d", b.age);//由于是匿名结构体，编译器无法识别struct类型return 0;
}

那如果这样写代码：

struct
{int age;float score;
} b;struct
{int age;float score;
}* p;int main()
{p = &b;return 0;
}

该代码定义了两个匿名结构体类型的变量，且两个结构体的内部成员相同，现将结构体变量b的地址赋给结构体指针p发现，编译器会报警告

也就是说编译器会将这两个结构体类型视为不同的类型，所以不建议这样写代码

在一般情况下不会使用匿名结构体，如果该结构体只使用一次可以用匿名结构体

1.4结构体变量的定义和初始化

struct Student
{char name;int age;
}s1;  //在声明的同时定义变量，此时为全局变量struct Student s2; //全局变量
int main()
{struct Student s3 = { "sans",3}; //局部变量return 0;
}

嵌套结构体的初始化和访问

struct Point
{int x;int y;
};struct Node
{int data;struct Point p;struct Node* next;
};int main()
{struct Node s3 = { 23, {2,3}, NULL };printf("%d %d %d", s3.data, s3.p.x, s3.p.y);//先访问到结构体Point在访问其内部成员return 0;
}

1.5结构体的内存对齐

1.5.1结构体大小的计算

接下来讲解如何计算结构体的大小，对于计算结构体的大小并非只是将其内部成员的大小加起来，而是通过结构体对齐规则来计算的：

1. 第一个变量在与结构体变量偏移量为0的地址（初始地址）处

这里介绍一个宏：offsetof：用来计算结构体成员相较于起始地址偏移量的

struct S1
{char c1;int i;char c2;
};
int main()
{printf("%d", offsetof(struct S1, c1));//结果为0return 0;
}

2. 其他成员变量要对齐到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
vs的对齐数默认为8
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内部成员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。

下面通过例题进行讲解：

struct S1
{char c1;int i;char c2;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S1));

首先c1是第一个成员，要将它放在结构体变量偏移量为0的地址处，下来i为整形，i的大小为4个字节，vs的默认对齐数是8，所以i的对齐数是8和4的较小值也就是4，要将i对齐到4的整数倍的地址处，就是下面偏移量为4的地址处，再下面是c2，c2的对齐数是1，要将c2对齐到1的整数倍的地址处，就是下面偏移量为8的地址处，此时整个结构体的大小为9个字节，规定结构体的总大小是最大对齐数的整数倍，该结构体的最大对齐数是4，所以应该是12个字节

struct S2
{char c1;char c2;int i;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S2));

c1是第一个成员，将它放在结构体变量偏移量为0的地址处，c2的对齐数是1，将它对齐到1的整数倍的地址处，i的对齐数是4，将他对齐到4的整数倍的地址处，此时整个结构体的大小是8个字节，正好也是成员最大对齐数4的整数倍，所以这个结构体的大小就是8给字节

struct S3
{double d;char c;int i;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S3));

d是第一个成员，将它放在结构体变量偏移量为0的地址处，c的对齐数是1，将它对齐到1的整数倍的地址处，i的对齐数为4，将它放在4的整数倍的地址处此时整个结构体的大小为16个字节，同时也是成员最大对齐数8的整数倍，所以结构体的大小就是16个字节

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

c1是第一个成员，要放在结构体变量偏移量为0的地址处，下来是一个嵌套的结构体，规则约定嵌套结构体要对齐到自己内部成员最大对齐数的整数倍处，其内部成员的最大对齐数是8，所以要对齐到8的整数倍的地址处，d的对齐数是8，要对齐到4的整数倍的地址处，此时结构体的大小为32个字节，正好是最大对齐数16的整数倍，所以结构体的大小就是32个字节

1.5.2结构体内存对齐的原因

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。

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

struct S1
{char c;int i;
};

上述代码中在没有对齐的情况下：

在对齐的情况下：

因此结构体的内存对齐可以理解为用空间换取时间的做法

但如果既要满足对齐又想节省时间，可以尽量将小的变量放在一起

1.5.3修改默认对齐数

结构在对齐方式不合适的时候，可以更改默认对齐数

#include<stdio.h>#pragma pack(1) //将默认对齐数修改为1
struct S1
{char c1;int i;char c2;
};
#pragma pack() //修改后记得取消默认对齐数struct S2
{char c1;int i;char c2;
};int main()
{printf("%zd\n", sizeof(struct S1)); //6printf("%zd\n", sizeof(struct S2)); //12return 0;
}

1.6结构体传参

#include<stdio.h>struct S
{int data[100];int num;
};void print(struct S t)
{printf("%d %d %d %d", t.data[0], t.data[1], t.data[2], t.num);
}int main()
{struct S s = { {1,2,3}, 10 };print(s); //传值调用return 0;
}

在函数调用时，形参是实参的一份临时拷贝，当我们传过去的结构体过于大时，形参也需要申请同样大的空间，除此之外还需要将结构体的数据一个一个传过去，既浪费时间也浪费空间，所以对结构体传参时通常会采用传址调用

#include<stdio.h>struct S
{int data[100];int num;
};void print(struct S* t)
{printf("%d %d %d %d", t->data[0], t->data[1], t->data[2], t->num);
}int main()
{struct S s = { {1,2,3}, 10 };print(&s); //传址调用return 0;
}