自定义类型详解(上)

结构体

1 结构体的声明

1.1 结构的基础知识

结构是一些值的集合，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。

1.2 结构的声明

struct tag//struct是结构体的标志，tag是标签;名字。
{member-list;//成员变量
}variable-list;//变量列表

例如描述一个学生：

struct Stu
{char name[20];//名字int age;//年龄char sex[5];//性别char id[20];//学号
}; //分号不能丢

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include<stdio.h>
struct Stu
{//成员变量char name[20];//名字int age;//年龄char sex[5];//性别char id[20];//学号}s4,s5,s6;//分号不能丢 //全局变量
int main()
{struct Stu s1;//局部变量struct Stu s2;struct Stu s3;return 0;
}

这里的是s1,s2,s3,s4,s5,s6基本都是一样的，唯一不同的是一个是全局变量，另一个是局部变量。

1.3 特殊的声明

在声明结构的时候，可以不完全的声明。

比如：

//匿名结构体类型
struct
{int a;char b;float c;
}x;
struct
{int a;char b;float c;
}a[20], *p;

上面的两个结构在声明的时候省略掉了结构体标签（ tag ）。

那么问题来了？

//在上面代码的基础上，下面的代码合法吗？
p = &x;

警告：

编译器会把上面的两个声明当成完全不同的两个类型。（即使它们的成员变量相同且都是匿名结构体类型）

所以是非法的。

1.4 结构的自引用

在结构中包含一个类型为该结构本身的成员是否可以呢？

//代码1
struct Node
{int data;struct Node next;
};
//可行否？
如果可以，那sizeof(struct Node)是多少？

不行，因为已经有个data的数据了，你再加个next的数据，就乱套了，没有下一个地址接收，所以会一直循环下去。大小无法求。

正确的自引用方式：

//代码2
struct Node
{int data;struct Node* next;
};

struct Node
{int data;//4struct Node* next;//4/8
};int main()
{struct Node n1;struct Node n2;n1.next =  &n2;return 0;
}

补：

typedef struct
{int data;char c;
} S;

这里用typedef struct中typedef的使用：这个结构体的S是该结构体的类型名。没有typedef的话，该S则是一个变量。

//代码3
typedef struct
{int data;Node* next;
}Node;
//这样写代码，可行否？
//不行 因为都还没有完整的Node就直接在后面Node 前后矛盾了
//解决方案：
typedef struct Node
{int data;struct Node* next;
}Node;

1.5 结构体变量的定义和初始化

有了结构体类型，那如何定义变量？

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

(.)操着直接访问

结构体里面定义指针

struct S 
{char name[100];int* ptr;
};
int main()
{struct S s = { "abcdef",NULL };return 0;
}

1.6 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。
这也是一个特别热门的考点： 结构体内存对齐。

为什么上图的s1,s2,s3的打印结果是8,12,12? 为什么不是按照类型大小打印？为什么不是打印5,6,7? 往下看......

结构体存放内存是要对齐的！！

考点

如何计算 ？

首先得掌握结构体的对齐规则：

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 。

VS 中默认的值为 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。
//练习1
struct S1
{char c1;int i;char c2;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S1));
//练习2
struct S2
{char c1;char c2;int i;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S2));
//练习3
struct S3
{double d;char c;int i;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S3));

为什么存在内存对齐 ?

大部分的参考资料都是如是说的：

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。

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。
//例如：
struct S1
{char c1;int i;char c2;
};
struct S2
{char c1;char c2;int i;
};
S1 和 S2 类型的成员一模一样，但是 S1 和 S2 所占空间的大小有了一些区别。

1.7 修改默认对齐数

之前我们见过了 #pragma 这个预处理指令，这里我们再次使用，可以改变我们的默认对齐数。

#include <stdio.h>
#pragma pack(8)//设置默认对齐数为8
struct S1
{char c1;int i;char c2;
};
#pragma pack()//取消设置的默认对齐数，还原为默认
#pragma pack(1)//设置默认对齐数为1
struct S2
{char c1;int i;char c2;
};
#pragma pack()//取消设置的默认对齐数，还原为默认
int main()
{//输出的结果是什么？printf("%d\n", sizeof(struct S1));printf("%d\n", sizeof(struct S2));
return0;
}

结论：

结构在对齐方式不合适的时候，我么可以自己更改默认对齐数。

1.8 结构体传参

直接上代码：

struct S
{int data[1000];int num;
};
struct S s = {{1,2,3,4}, 1000};
//结构体传参
void print1(struct S s)
{printf("%d\n", s.num);
}
//结构体地址传参
void print2(struct S* ps)
{printf("%d\n", ps->num);
}
int main()
{print1(s);  //传结构体print2(&s); //传地址return 0;
}