带你学C语言：结构体及其内存

🍺0.前言

✍1.结构体

👀1.1为何结构体

👀1.2结构体怎么声明

👀1.3结构体怎么创建

👀1.4结构体初始化与访问

✋1.5匿名结构体问题

🙆1.6结构体的自我调用

🚝 2.结构体的内存对齐

🚈2.1结构的对齐规则

📞 2.2练习

🎯3.为什么会存在结构体的内存对齐

✈4.结构体内存优化

🎢4.1方法一：小的放在一起

🎿 4.2修改默认对齐数：

🌏5.结构体的连接的两种访问方式

💎6.结束语

🍺0.前言

言C之言，聊C之识，以C会友，共向远方。各位博友的各位你们好啊，这里是持续分享C语言知识的小赵同学，今天要分享C语言知识是结构体，在这一章，小赵将会向大家展开聊聊顺序表和链表。✊

✍1.结构体

👀1.1为何结构体

何为结构体呢?其实小赵的理解就是一个文件夹，只不过这个文件夹比较特殊，只能存储一些变量，比如整型变量,字符变量，指针变量等。

👀1.2结构体怎么声明

这里为什么要有结构体声明呢？因为既然结构体是个文件夹，如果没有一个格式去约束它，那么它里面装的东西可能时五花八门，而且可能调用他的人都不知道里面有什么。着无疑让我们的后面的编程工作加大了难度。但是通过结构体声明，我们确定了这一类结构体里面有什么，那么后续在调用这一类结构体时就能更加容易些。

那么结构体该如何声明呢？下面小赵为大家举几个例子，来让大家真正知道如何去声明结构体

struct score//创建成绩的结构体
{int chinese;//语文成绩int math;//数学成绩int English//英语成绩
};//分号不能丢掉
struct stu//创建学生信息结构体
{char name[20];//名字int age;//年龄char sex[5];//性别char id[20];//学号
};

那结构体声明具体是干嘛的呢？其实就是相当于给大家一个格式，如果你用我这个结构体声明去创建结构体那么你的结构体就必须按照我的格式来，你的结构体里面也是我结构体声明里面的东西。这个其实很类似我们的excel表格。

当然二者又在一些地方有所不同。因为结构体声明，在后面创建结构体时还要为每个结构体加上自己的名字。

👀1.3结构体怎么创建

有了结构体的声明我们就可以创建自己的结构了。

这里有好几种方法

法一：

struct stu a;//有点类似 int a；其实原理是差不多的，struct stu 也就相当于结构体变量

法二：

struct stu//创建学生结构体
{char name[20];//名字int age;//年龄char sex[5];//性别char id[20];//学号
}b;//这里的b就是我们创建的结构体，属于全局变量

好了当然我们一般情况下使用的往往是法一的方法，当然为了让法一的命名更加简洁，我们可以利用下面这种重命名的方式。

typedef struct stu//创建学生结构体
{char name[20];//名字int age;//年龄char sex[5];//性别char id[20];//学号
}stu;//结构体变量的名字改为stu
int main()
{stu a;
}

👀1.4结构体初始化与访问

那么就像我们创建一个整型变量，我们要对它赋值处理，那么我们如何对我们的结构体进行赋值呢？这里我们可以像之前的数组一样赋值；

int main()
{stu a = { "zhangsan",18,"男","1234566" };
}

通过这样的方式，我们就可以对a里面的值进行赋值了。

那我们后面要改里面的值该怎么呢？我们可以用.进行访问里面的变量来改变要改变的值。像小赵下面这样。

int main()
{stu a = { "zhangsan",18,"男","1234566" };a.age = 5;//访问结构体里面的age变量
}

当然喽，这里也有几个需要特别注意的地方，我们在改后面的名字的时候要去访问的里面的数组是不能直接改的，因为访问的时候要访问到数组的具体位置如a.name[0]。那么这样改就很费时间，那么我们该如何破了这个难题呢？其实可以采用下面这种方式：

就可以顺利完成对里面的值的修改了。

✋1.5匿名结构体问题

有人在声明结构体的时候没有给它一个具体的名字，然后也创建了结构体，这种方法是否可以呢?

如：

struct
{int a;int b;char c;
}d;

其实从理论上说是可以的，但在实际操作的，如果两个里面的变量相同的匿名结构体，编译器会把他当作两个不同的结构体去处理。如这样：

struct
{int a;int b;char c;
}d;
struct
{int a;int b;char c;
}f;

那么这样呢其实是一种非法操作是不推荐的，一般如果使用匿名结构体，基本上就只能使用一次。所以我们一般情况是不推荐使用这个匿名结构体的。

🙆1.6结构体的自我调用

我们都知道函数中有一种叫做函数的自我调用的递归操作，那么结构体可以吗？答案是不行的。原因其实就在于，函数的的递归很多时候是有边界的，到某个地方它是会返回的，而结构体如果套结构体，你就会发现它好像是无尽的，那么其所占的内存就很恐怖了。

typedef struct stu//创建学生结构体
{char name[20];//名字int age;//年龄char sex[5];//性别char id[20];//学号struct stu next;
}stu;

那么是不是说这种操作就完全进行不了呢？其实也不是，这里就要引入我们刚刚学过的指针了，为什么指针可以呢？因为如果是指针，我们只要在特定的位置，设置一个空指针，那么它就无法继续往下面去访问了，这样就为它创建了一个结束条件，从而不让它的内存是无穷的。

typedef struct stu//创建学生结构体
{char name[20];//名字int age;//年龄char sex[5];//性别char id[20];//学号struct stu* next;
}stu;

在这里呢，小赵为大家做了个图方便大家理解

当然了，这部分知识在后面我们还会聊到，现在不是特别理解也没关系。

🚝 2.结构体的内存对齐

好了聊完了如何去创建结构体，下面我们就要看看结构体的内存了，要想知道结构体的内存就要首先知道结构的对齐规则。

🚈2.1结构的对齐规则

1. 结构体的第⼀个成员对齐到和结构体变量 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变量大小的较小值

VS 中默认的值为 8

- Linux中 gcc 没有默认对齐数，对齐数就是成员自身的大小

3. 结构体总大小为 最大对齐数的整数倍。 （结构体中每个成员变量都有⼀个对齐数，所有对齐数中最大的）

4. 如果嵌套了结构体的情况，嵌套的结构体成员对齐到自己的成员中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的整数倍。 （含嵌套结构体中成员的对齐数）

📞 2.2练习

当然我知道各位看到理论的时候可能会觉得好多或是好难理解，当然也有人觉得极其简单，小赵下面呢，就将带着大家一起去在练习中去加深这些知识，从而达到理解掌握的目的。下面呢，小赵将用一个个小方形代替我们的内存，来做题。

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

这个stuct的内存怎么求呢？

这个时候我们看我们一共占用了多少内存，看的不是我们红色的格子，而是最后一个占用的内存到0的那个位置，我们一数发现是9，然后我们比较这三个变量的对齐数，发现最大的对齐数是4，那么我们占用的空间应当是4的倍数，然后还要大于9，最后综合是12。

好了在这里小赵就只讲一道题，各位如果还想继续练习，可以自己练习，如果有问题也可以私信小赵哦。（因为其他也都和这个差不多）

🎯3.为什么会存在结构体的内存对齐

在这里呢，针对我们的标题，小赵通过不断的搜集资料最后总结出来是以下两种原因导致的

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。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齐成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：结构体的内存对齐是拿 空间来换取时间 的做法。

那么，我们其实通过上面的文字，和我们的练习题目都发现了一个问题就是结构体存在很严重的内存浪费问题。那在设计结构体的时候，我们如何去节省空间呢？

✈4.结构体内存优化

🎢4.1方法一：小的放在一起

其实根据上面的题目我们会发现，内存浪费往往发生在自身内存占用较大的一方，他们往往有着较大的对齐数，这会导致内存的严重浪费，那么如何避免的，我们可以尽量将小的放在一起，去站那些浪费掉的空白空间，来实现一定的优化。

如我们上面的练习题只要这样改就能改善它的空间浪费：

🎿 4.2修改默认对齐数：

我们都知道我们的对齐数是要和默认对齐数比较的，那么如果我们将默认对齐数改为极小的数字，那么我们结构体的每个元素的对齐数都会非常小，从而减少空间占用。如如果都改为1，就会全部紧挨着。那么在这里我们是如何做到的呢，就是通过我们的预处理指令#pragma pack(N),N即为新的默认对齐数。

🌏5.结构体的连接的两种访问方式

结构体中一般有两种访问方式一种是我们用的.的方式即前面聊过的。

typedef struct stu//创建学生结构体
{char name[20];//名字int age;//年龄char sex[5];//性别char id[20];//学号struct stu* next;
}stu;
int main()
{stu a = { "zhangsan",18,"男","1234566" };a.age = 5;scanf("%s", &a.name);
}

第二种方式则是用指针的方式。（这也是以后的主流方式）

那么为什么指针的访问方式比我们的结构体的访问方式好。

原因为下：

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。（在函数中需要用的时候）

那么当函数中需要使用结构体的时候我们会更青睐于指针的方式。

struct S
{int data[1000];int num;
};
struct S s = { {1,2,3,4}, 1000 };
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;
}