第十七讲：结构体

第十七讲：结构体

  • 1.初始结构体
    • 1.1结构体声明
    • 1.2结构体变量的创建和初始化
      • 1.2.1结构体变量的创建
      • 1.2.2结构体变量的初始化
        • 1.2.2.1普通初始化
        • 1.2.2.2结构体数组
        • 1.2.2.3结构体指针
    • 1.3typedef定义结构体
    • 1.4结构体的自引用
    • 1.5结构体的特殊声明
  • 2.结构体内存对齐
    • 2.1对齐规则
      • 2.1.1练习1
      • 2.1.2练习2
      • 2.1.3练习3
      • 2.1.4练习4
    • 2.2为什么存在内存对齐
    • 2.3修改默认对齐数
  • 3.结构体传参
  • 4.结构体实现位段
    • 4.1什么是位段
    • 4.2位段的内存分配
    • 4.3位段的跨平台问题
    • 4.4位段的应用
    • 4.5位段使用的注意事项

1.初始结构体

1.1结构体声明

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

struct：结构体关键字
tag：结构体标签名，为自己定义
struct tag：结构体类型
member-list：结构体成员列表
variable-list：结构体创建的变量列表

比如我们要定义一个学生类型结构体：

//结构体的声明
struct Stu //定义一个学生结构体
{//结构体成员列表：char name[20]; //名字char mem[20]; //学号int score; //成绩
}stu1, stu2;//stu1和stu2为结构体变量列表

1.2结构体变量的创建和初始化

1.2.1结构体变量的创建

//结构体的声明
struct Stu //定义一个学生结构体
{//结构体成员列表：char name[20]; //名字char mem[20]; //学号int score; //成绩
}stu1, stu2;//stu1和stu2为结构体变量列表，这是创建结构体变量的一种形式int main()
{//struct Stu为结构体类型，创建了一个stu3结构体变量struct Stu stu3;//创建结构体变量的第二种形式//与stu1和stu2不同的是，stu3是一个局部变量，而stu1和stu2是全局变量return 0;
}

1.2.2结构体变量的初始化

1.2.2.1普通初始化
//结构体的声明
struct Stu //定义一个学生结构体
{//结构体成员列表：char name[20]; //名字char mem[20]; //学号int score; //成绩
}stu1, stu2;int main()
{//按照结构体成员的顺序初始化struct Stu stu3 = {"于文乐", "20231104001", 100};//大括号括起来//进行打印printf("name = %s ", stu3.name);printf("mem = %s ", stu3.mem);printf("score = %d\n", stu3.score);//按照自己想要的顺序初始化struct Stu stu4 = { .mem = "20231104002", .name = "张增伟", .score = 50 };//进行打印printf("name = %s ", stu4.name);printf("mem = %s ", stu4.mem);printf("score = %d\n", stu4.score);//与stu1和stu2不同的是，stu3是一个局部变量，而stu1和stu2是全局变量return 0;
}
1.2.2.2结构体数组
//结构体数组
struct Stu //定义一个学生结构体
{//结构体成员列表：char name[20]; //名字char mem[20]; //学号int score; //成绩
}stu[2] = { //此时，这个2可以省略{ "于文乐", "20231104001", 100 },{.mem = "20231104002", .name = "张增伟", .score = 50 }
};int main()
{//进行打印printf("name = %s ", stu[0].name);printf("mem = %s ", stu[0].mem);printf("score = %d\n", stu[0].score);//进行打印printf("name = %s ", stu[1].name);printf("mem = %s ", stu[1].mem);printf("score = %d\n", stu[1].score);return 0;
}
1.2.2.3结构体指针
//结构体指针
struct Stu //定义一个学生结构体
{//结构体成员列表：char name[20]; //名字char mem[20]; //学号int score; //成绩
}stu1 = { "于文乐", "20231104001", 100 }, * pstu1 = &stu1; //定义结构体指针的第一种形式int main()
{//定义一个结构体指针，存储的是结构体变量的地址struct Stu* pstu2 = &stu1;//定义结构体指针的第二种形式//使用结构体指针进行打印，第一种方法：使用*和.printf("name = %s ", (*pstu2).name);printf("mem = %s ", (*pstu2).mem);printf("score = %d\n", (*pstu2).score);//.的优先级比*高，所以*pstu2必须放在一起//使用结构体指针进行打印，第二种方法：使用->printf("name = %s ", pstu2->name);printf("mem = %s ", pstu2->mem);printf("score = %d\n", pstu2->score);return 0;	
}

1.3typedef定义结构体

//typedef定义结构体
typedef struct Stu //定义一个学生结构体
{//结构体成员列表：char name[20]; //名字char mem[20]; //学号int score; //成绩
}Stu; //对结构体命名的第一种形式：直接进行命名typedef struct Stu Stu;//对结构体命名的第二种形式：对结构体单独命名int main()
{Stu stu1 = { "于文乐", "20231104001", 100 };//进行打印printf("name = %s ", stu1.name);printf("mem = %s ", stu1.mem);printf("score = %d\n", stu1.score);return 0;
}

1.4结构体的自引用

在结构体中包含一个类型为该结构体本身的成员是否可以呢？
比如：定义一个链表的节点:

//1.4结构体的自引用
struct Node
{int data;struct Node next;
};

答案是：不行的，因为Node在创建空间时，创建的Node next变量中还要再次确定一次next变量的空间，也就是说第一次创建的next变量的空间中要有着下一个next变量的空间，依次循环，它需要开辟的空间是无限大的，所以它是不合理的
正确的自引用方式：

struct Node
{int data;struct Node* next;//创建一个4/8字节的指针变量，存储地址。就能指向自己的空间，就不必创建一个存储自己的变量了
};

但是在进行自引用的过程中，使用typedef关键字可能会造成错误：

//typedef联合自引用使用错误写法：
typedef struct
{int data;Node* next;
}Node;//这里会出现错误：未识别标识符Node
//因为在这里才刚定义了结构体变量的名称，而在上面就已经使用了，这显然是不合理的//正确写法：
typedef struct Node
{int data;struct Node* next;//在这里，使用结构体未定义的初始名称就可以了
}Node;

1.5结构体的特殊声明

在声明结构体时，也可以不完全声明：

//1.5结构体的特殊声明
//这个结构体被称为匿名结构体
struct
{char name[20]; //名字char mem[20]; //学号int score; //成绩
}stu2, stu3;//这个结构体只能在此时创建结构体变量int main()
{struct stu1; //不能在这里创建结构体return 0;
}

我们来分析下面的代码：

//这个结构体被称为匿名结构体
struct
{char name[20]; //名字char mem[20]; //学号int score; //成绩
}stu1;//此时我们创建一个结构体成员相同的结构体
struct
{char name[20]; //名字char mem[20]; //学号int score; //成绩
}* ps;int main()
{//既然这俩结构体的成员类型相同，那么这时我们能使用指针ps存储stu1变量的指针吗ps = &stu1;//这时会报警告：从“*”到“*”的类型不兼容//因为没有了变量名，编译器会认为这俩结构体类型不相同，所以他俩的指针也是不相同的return 0;
}

2.结构体内存对齐

了解了上面之后，我们来了解计算结构体的大小

2.1对齐规则

我们首先来看一下对齐规则：

  1. 结构体的第⼀个成员对⻬到和结构体变量起始位置偏移量为0的地址处
  2. 其他成员变量要对⻬到某个数字（对齐数）的整数倍的地址处。
    对⻬数 = 编译器默认的⼀个对⻬数 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
  1. 结构体总⼤⼩为最⼤对⻬数（结构体中每个成员变量都有⼀个对⻬数，所有对⻬数中最⼤的）的
    整数倍。
  2. 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⻬数（含嵌套结构体中成员的对⻬数）的整数倍。

我们举例子来进行说明：

2.1.1练习1

//练习1
struct S1
{char c1;//1 8 1 - 对应0-1地址的空间//1 8 1分别对应变量类型大小、默认对齐量、最小对齐量int i;//4 8 4 - 4-7char c2;//1 8 1 - 8-9//所以一共是4+4+1 = 9个字节//但是总字节数要是最大对齐量的整数倍，所以结果为12
};int main()
{printf("%zd\n", sizeof(struct S1));
}

这次我们画图来进行说明，下面就不再画图了：
在这里插入图片描述

2.1.2练习2

//练习2
struct S2
{char c1;//1 8 1char c2;//1 8 1int i;//4 8 4//4 + 4 = 8是4的整数倍，所以结果为8
};int main()
{printf("%zd\n", sizeof(struct S2));
}

2.1.3练习3

//练习3
struct S3
{double d;//8 8 8char c;//1 8 1int i;//4 8 4//最大对齐数为8//8 + 4 + 4 = 16是8的倍数，所以结果为16
};int main()
{printf("%zd\n", sizeof(struct S3));
}

2.1.4练习4

//练习4-结构体嵌套问题
struct S4
{char c1;//1 8 1struct S3 s3;//16 8 8double d;//8 8 8//最大对齐数为8//8 + 16 + 8 = 32为8的倍数，所以结果为32
};int main()
{printf("%zd\n", sizeof(struct S4));
}

2.2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。
那么如何在设计结构体的过程中，既要满足对齐，又要节省空间：

让占用空间相同的成员尽量集中在一起

例如：

struct S1
{char c1;int i;char c2;
};//结构体大小为4+4+4 = 12struct S2
{char c1;char c2;int i;
};//结构体大小为4+4 = 8

s1和s2的成员一模一样，但是s1和s2占用的空间不一样

2.3修改默认对齐数

我们可以使用#pragma这个指令修改编译器的默认对齐数（不需要引用头文件，它是一个预处理指令）

//修改默认对齐数
#pragma pack(1)//设置默认对⻬数为1
struct S
{char c1;int i;char c2;
};//此时结果为1+4+1 = 6,不再是12了#pragma pack()//取消设置的对⻬数，还原为默认int main()
{//输出的结果是什么？printf("%zd\n", sizeof(struct S));return 0;
}

3.结构体传参

//结构体传参
struct Stu
{char name[20]; //名字char mem[20]; //学号int score; //成绩
};void Print1(struct Stu pstu)
{//进行打印printf("name = %s ", pstu.name);printf("mem = %s ", pstu.mem);printf("score = %d\n", pstu.score);
}void Print2(struct Stu* pstu)
{//进行打印printf("name = %s ", pstu->name);printf("mem = %s ", pstu->mem);printf("score = %d\n", pstu->score);
}int main()
{struct Stu stu = { "于文乐", "20231104001", 100 };Print1(stu);Print2(&stu);return 0;
}

在上面的两个函数Print1和Print2中，相对比较好的是哪个：第二个，第二个传入的是地址，如果像Print1中那么传参，参数需要压栈，会有时间和空间上的开销，如果结构体中的参数占用空间很大的话，压栈的开销比较大，会导致性能下降
所以，结构体进行传参，最好传入结构体的地址

4.结构体实现位段

4.1什么是位段

位段的声明和结构体相似，有两个不同：

1.位段的成员必须是整形家族中的变量(int、unsigned int、signed int)，在C99标准中位段成员的类型也可以是其他类型
2.位段成员后边有一个冒号和数字，这个数字代表着成员变量在结构体中占用的bit位

比如：

struct A
{int _a:2;int _b:5;int _c:10;int _d:30;
};

4.2位段的内存分配

对于下串代码，占用的字节大小为多少：

//位段的创建
struct A
{char _a : 2;char _b : 4;char _c : 5;char _d : 4;
};int main()
{struct A a;printf("%zd\n", sizeof(a));
}

我们画图来解释：
在这里插入图片描述

总结：
位段的空间是按照需要以4个字节(int类型)或1个字节(char类型)来开辟的（练习中会看见）
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。

练习：

//位段的创建
struct S
{//因为是char类型，1个字节1个字节进行开辟char _a : 2;char _b : 4;//a和b用一个字节char _c : 5;//c用一个字节char _d : 4;//d用一个字节
};struct A
{//因为是int类型，4个字节4个字节进行开辟int _a : 2;int _b : 5;//ab用一个字节int _c : 10;//c用两个字节//abc一共占用17个比特位，相较于4个字节，还剩32-17 = 15个比特位，不够装下dint _d : 30;//所以d再开辟4个字节空间，在这4字节空间中存储d
};int main()
{struct S s;printf("%zd\n", sizeof(s));//所以总共为3个字节struct A a;printf("%zd\n", sizeof(a));//所以总共为8个字节return 0;
}

4.3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位机器会出问题。
    例如：在16位平台上，int为两个字节，int _a : 20是不存在的
  3. 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。
  4. 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。

4.4位段的应用

下图是⽹络协议中，IP数据报的格式，我们可以看到其中很多的属性只需要⼏个bit位就能描述，这⾥使⽤位段，能够实现想要的效果，也节省了空间，这样⽹络传输的数据报⼤⼩也会较⼩⼀些，对⽹络的畅通是有帮助的。
在这里插入图片描述

4.5位段使用的注意事项

位段中的成员可能共用一个字节，这样有些成员的起始位置并不是某个字节的起始位置，那么这些位置处是没有地址的。内存中每个字节分配⼀个地址，⼀个字节内部的bit位是没有地址的。
所以不能对位段的成员使⽤&操作符，这样就不能使⽤scanf直接给位段的成员输⼊值，只能是先输⼊放在⼀个变量中，然后赋值给位段的成员。例如：

//位段的赋值
struct A
{int _a : 2;int _b : 5;int _c : 10;int _d : 30;
};int main()
{struct A a;scanf("%d", *(a._a));//这样写是错误的//正确方法如下：int d = 0;scanf("%d", &d);a._a = d;return 0;
}

本文来自互联网用户投稿，该文观点仅代表作者本人，不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务，不拥有所有权，不承担相关法律责任。如若转载，请注明出处：http://www.mzph.cn/web/16853.shtml

如若内容造成侵权/违法违规/事实不符，请联系多彩编程网进行投诉反馈email:809451989@qq.com，一经查实，立即删除！

相关文章

基于STM32实现智能空气净化系统

基于STM32实现智能空气净化系统

目录 引言环境准备智能空气净化系统基础代码示例：实现智能空气净化系统 空气质量传感器数据读取风扇和滤网控制显示系统用户输入和设置应用场景：家庭空气净化与健康管理问题解决方案与优化收尾与总结 1. 引言 本教程将详细介绍如何在STM32嵌入式系统中…
阅读更多...
Day 40 Web容器-Tomcat

Day 40 Web容器-Tomcat

Tomcat 一：Tomcat简介 1.简介 ​ Tomcat是Apache软件基金会（Apache Software Foundation）的Jakarta 项目中的一个核心项目 ​ Tomcat服务器是一个免费的开放源代码的Web应用服务器，属于轻量级应用服务器 ​ Tomcat是WEB容器/WE…
阅读更多...
idea中git拉取失败

idea中git拉取失败

之前clone好好的，今天突然就拉取不下来了。很多时候是用户凭证的信息没更新的问题。由于window对同一个地址都存储了会话。如果是新的会话，必须要更新window下的凭证。 然后根据你的仓库找到你对应的账户，更新信息即可。
阅读更多...
aws lakeformation跨账号共享数据的两种方式和相关配置

aws lakeformation跨账号共享数据的两种方式和相关配置

lakeformation授权方式分为 基于tag的授权基于命名资源的授权 先决条件 跨账号共享数据的先决条件（命名资源和tag授权都需要） 分两种情况 如果账户中没有glue data catalog资源策略，则LakeFormation跨账户授予将照常进行 如果存在glue d…
阅读更多...
Docker学习（4）：部署web项目

Docker学习（4）：部署web项目

一、部署vue项目 在home目录下创建项目目录 将打包好的vue项目放入该目录下，dist是打包好的vue项目 在项目目录下，编辑default.conf 内容如下： server {listen 80;server_name localhost; # 修改为docker服务宿主机的iplocation / {r…
阅读更多...
面试手撕——使用两个线程交替打印1-100

面试手撕——使用两个线程交替打印1-100

记录一下使用两个线程交替打印1-100的操作: /*** description: 使用两个线程交替打印1-100* author: Jay* create: 2024-05-27 21:29**/ public class print_1_to_100 {static volatile int flag 1; //此处需要加关键字volatile保证变量之间的可见性，否则程序将会…
阅读更多...
Android：使用Kotlin搭建MVI架构模式

Android：使用Kotlin搭建MVI架构模式

一、简介MVI架构模式 M：Model 数据层，包含应用数据和业务逻辑V：View 界面层，在屏幕上显示应用数据，包含与界面相关的状态和界面逻辑，根据界面状态对象更新UI，界面状态定义是不可变的。这样的主要…
阅读更多...
【Spring Cloud】服务熔断

【Spring Cloud】服务熔断

目录 服务雪崩效应服务雪崩效应形成的原因及应对策略小结 Hystrix介绍Hystrix可以做什么1.资源隔离2.请求熔断3.服务降级 小结 Hystrix实现服务降级方式一：HystrixCommand注解方式1.服务提供者1.1业务接口和业务实现中添加方法hystrixTimeout1.2控制器中处理/provid…
阅读更多...
【pm2 - sdk 集成到程序中，典型用法】

【pm2 - sdk 集成到程序中，典型用法】

pm2作为一款进程管理神器，除了命令行的启动方式外，其还对应有sdk，集成到程序中，我们可以连接到已有或创建pm2的守护进程，与其进行交互，动态，编程式地控制程序的启停等。以下为示例： …
阅读更多...
c++ - vector容器常用接口模拟实现

c++ - vector容器常用接口模拟实现

文章目录 一、成员变量二、常用迭代器接口模拟实现三、一些常用接口模拟四、默认成员函数五、功能测试 一、成员变量 我们通过在堆上申请一个数组空间来进行储存数据，我们的成员变量是三个指针变量，分别指向第一个位置、最后储存有效位置的下一个位置以…
阅读更多...
特殊矩阵的压缩矩阵

特殊矩阵的压缩矩阵

目录 前提条件&#xff1a; 类型&#xff1a;对称矩阵&#xff0c;三角矩阵、三对角矩阵、稀疏矩阵 1&#xff1a;对称矩阵&#xff1a; 定义&#xff1a;n阶矩阵A 中任意一元素都有ai,jaj,i(1<i,j<n) 图像&#xff1a; 表达式&#xff1a; 计算过程&#xff1a; …
阅读更多...
stream-并行流

stream-并行流

定义 常规的流都是串行的流并行流就是并发的处理数据&#xff0c;一般要求被处理的数据互相不影响优点&#xff1a;数据多的时候速度更快&#xff0c;缺点&#xff1a;浪费系统资源&#xff0c;数据少的时候开启线程更耗费时间 模版 Stream<Integer> stream1 Stream.of…
阅读更多...
【YOLO 系列】基于YOLO V8的学生上课行为检测系统【python源码+Pyqt5界面+数据集+训练代码】

【YOLO 系列】基于YOLO V8的学生上课行为检测系统【python源码+Pyqt5界面+数据集+训练代码】

前言 在现代教育环境中&#xff0c;学生上课行为的监测对于提升教学质量和学生学习效率具有重要意义。然而&#xff0c;传统的人工观察方法不仅效率低下&#xff0c;而且难以保证客观性和准确性。为了解决这一问题&#xff0c;我们启动了这个项目&#xff0c;目的是利用YOLOV8…
阅读更多...
AI数学知识

AI数学知识

AI数学知识 1、线性代数相关&#xff08;矩阵&#xff09;1、什么是秩2、奇异值分解3、特征值分解和奇异值分解4、低秩分解 回归分类知识点2、概率论相关1、先验概率和后验概率2、条件概率、全概率公式、贝叶斯公式、联合概率3、最大似然估计4、贝叶斯公式和最大似然估计5、伯努…
阅读更多...
深入理解Kubernetes的调度核心思想

深入理解Kubernetes的调度核心思想

一、引言 Kubernetes&#xff08;简称K8s&#xff09;是一个开源的容器编排系统&#xff0c;用于自动化部署、扩展和管理容器化应用程序。在Kubernetes集群中&#xff0c;调度器是一个核心组件&#xff0c;它负责将Pod&#xff08;Kubernetes中的最小部署单元&#xff09;分配…
阅读更多...
Java学习16

Java学习16

目录 一.StringBuffer类&#xff1a; 1.基本介绍&#xff1a; 2.StringBuffer的构造器&#xff1a; 3.String与StringBuffer的相互转换&#xff1a; &#xff08;1&#xff09;String->StringBuffer &#xff08;2&#xff09;StringBuffer->String 4.StringBuffer…
阅读更多...
Redis篇 数据的编码方式和单线程模型

Redis篇 数据的编码方式和单线程模型

编码方式和单线程模型 一.redis中的数据类型二. Redis中查询编码方式命令三. 单线程模型四. 经典面试题,redis为何这么快?什么是IO多路复用? 一.redis中的数据类型 在redis中,数据类型大致分为5种 1.字符串类型 2.哈希 3.列表 4.集合 5.有序集合 redis底层在实现这些数据结构…
阅读更多...
防火墙技术基础篇：NAT转发之——NAPT（同时转换地址和端口）

防火墙技术基础篇：NAT转发之——NAPT（同时转换地址和端口）

NAT转发之——NAPT&#xff08;同时转换地址和端口&#xff09; 网络地址端口转换NAPT 网络地址端口转换NAPT&#xff08;Network Address Port Translation&#xff09;是人们比较熟悉的一种转换方式。NAPT普遍应用于接入设备中&#xff0c;它可以将中小型的网络隐藏在一个合…
阅读更多...
Vue2和Vue3生命周期的对比

Vue2和Vue3生命周期的对比

Vue2和Vue3生命周期的对比 Vue2 和 Vue3 生命周期对照表Vue2 和 Vue3 生命周期图示 Vue2 和 Vue3 生命周期对照表 触发时机Vue2.xVue3.x组件创建时运行beforeCreate setup createdsetup 挂载在DOM时运行beforeMountonBeforeMountmountedonMounted响应数据修改时运行beforeUpdat…
阅读更多...
x264 码率控制原理：x264_ratecontrol_end 函数

x264 码率控制原理：x264_ratecontrol_end 函数

x264_ratecontrol_end 函数 原理 函数功能：编码完一帧数据后，保存状态并更新 ratecontrol 状态。函数参数：x264_t *h：编码器上下文结构体int bits：编码该帧所用的比特数int *filler：用于返回一个填充比特数函数调用关系： 函数内部执行流程：初始化x264_ratecontrol_t结…
阅读更多...
推荐文章
最新文章

Copyright @ 2022~2023