C语言拾遗-C语言数据类型-结构体

摘要：结构体是 C 语言中一种用户可自定义的数据类型，它允许存储不同类型的数据项。

struct

为了定义结构体，必须使用 struct 语句。struct 语句定义了一个包含多个成员的新的数据类型，struct 语句的标准格式如下：

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

• tag 是结构体标签。
• member-list 是标准的变量定义，比如 int i或者 float f，或者其他有效的变量定义。
• variable-list 结构变量，定义在结构的末尾，最后一个分号之前，我们可以指定一个或多个结构变量。

在一般情况下，tag、member-list、variable-list 这 3 部分至少要出现 2 个。

1 结构体类型的定义

1、定义形式

结构体内部的元素，也就是组成成分，我们一般称为"成员"。
结构体的一般定义形式为：

struct　结构体名{  
     类型名1　成员名1;
     类型名2　成员名2;
     ……
     类型名n　成员名n;　　　
 };

2、举例

比如，我们定义一个学生

struct Student{
    char*name;   //姓名
    int age;     //年龄
    float height;//身高
};

上面定义了一个叫做Student的结构体，共有name、age、height3个成员。

2 结构体变量的定义

前面只是定义了名字为Student的结构体类型，并非定义了一个结构体变量，就像int一样，只是一种类型。
接下来定义一个结构体变量，方式有好多种。

1、先定义结构体类型，再定义变量

struct Student{
    char*name;   //姓名
    int age;     //年龄
    float height;//身高
};
struct Student stu;

定义了一个结构体变量，变量名为stu。struct和Student是连着使用的。

2、定义结构体类型的同时定义变量

struct Student{
    char*name;   //姓名
    int age;     //年龄
    float height;//身高
}stu;

结构体变量名为stu。

3、直接定义结构体类型变量，省略类型名

struct {
    char*name;   //姓名
    int age;     //年龄
    float height;//身高
}stu;

结构体变量名为stu，但因为没有tag(结构体标签)，所以后面就没法用该结构体定义新的变量。

其他注意事项：

1、不允许对结构体本身递归定义，如下做法是错误的，注意第3行

struct Student {
     int age;
     struct Student stu;
 };

2、结构体内可以包含别的结构体

 struct Date {
      int year;
      int month;
      int day;
  };
  
 struct Student {
      char *name;
      struct Date birthday; //结构体成员可以为结构体
 };

3、定义结构体类型，只是说明了该类型的组成情况，并没有给它分配存储空间，就像系统不为int类型本身分配空间一样。只有当定义属于结构体类型的变量时，系统才会分配存储空间给该变量

struct Student {
     char *name;
     int age;
 };

4、使用typedef起别名，标签可有可无，结构体变量 位置变为该 类型名

typedef struct Student{ //Student 可有可无
    char name[20];      //姓名
    int age;            //年龄
    float height;       //身高
}Stu;                   //Stu 为类型名
 
Stu stu； //Stu 为类型名，stu 为结构体变量

5、注意，字符串初始化不能直接赋值，需要使用 strcpy 函数

#include   
#include   
  
typedef struct   
{  
    int n;  
    float m;  
    char name[20];  
}Ptr;  
  
int main (void)  
{  
    Ptr p;  
    //Ptr p = {11, 12.9, "hello"};   
    strcpy (p.name, "hello");  //注意字符串不能直接赋值  
    p.n = 11;  
    p.m = 12.9;  
    printf ("n = %d, name = %s, m = %g\n", p.n, p.name, p.m);  
    return 0;  
}  
输出结果：  
n = 11, name = hello, m = 12.9  

3 结构体变量的初始化

将各成员的初值，按顺序地放在一对大括号{}中，并用逗号分隔，一一对应赋值。
比如初始化Student结构体变量stu

 struct Student {
     char *name;
     int age;
 };
 struct Student stu = {"MJ", 27};

只能在定义变量的同时进行初始化赋值，初始化赋值和变量的定义不能分开，下面的做法是错误的：

struct Student stu;
stu = {"MJ", 27};

4 结构体变量的使用

1、一般对结构体变量的操作是以成员为单位进行的，引用的一般形式为：结构体变量名.成员名

 struct Student {
     char *name;
     int age;
 };
 struct Student stu; 
 stu.age = 27; // 访问stu的age成员........(2)

(2)行对结构体的age成员进行了赋值。"." 称为成员运算符，它在所有运算符中优先级最高。

2、如果某个成员也是结构体变量，可以连续使用成员运算符"."访问最低一级成员

  struct Date {
       int year;
       int month;
       int day;
  };
  struct Student {
      char *name;
      struct Date birthday;
 };
 struct Student stu;
 stu.birthday.year = 1986;
 stu.birthday.month = 9;
 stu.birthday.day = 10;

3、相同类型的结构体变量之间可以进行整体赋值

  struct Student {
      char *name;
      int age;
  };
 struct Student stu1 = {"MJ", 27};
 struct Student stu2 = stu1; // 将stu1直接赋值给stu2
 printf("age is %d", stu2.age);

输出结果为：

age is 27

5 结构体数组

1、定义

跟结构体变量一样，结构体数组也有3种定义方式

//定义1
struct Student {
    char *name;
    int age;
};
struct Student stu[5]; 

 //定义2
struct Student {
    char *name;
    int age;
} stu[5];

//定义3
struct {
    char *name;
    int age;
} stu[5]; 

上面3种方式，都是定义了一个变量名为stu的结构体数组，数组元素个数是5

2、初始化

struct {
    char *name;
    int age;
} stu[2] = { {"MJ", 27}, {"JJ", 30} };

也可以用数组下标访问每一个结构体元素，跟普通数组的用法是一样的

6 结构体作为函数参数

将结构体变量作为函数参数进行传递时，其实传递的是全部成员的值，也就是将实参中成员的值一一赋值给对应的形参成员。因此，形参的改变不会影响到实参。

首先在(3)行定义了一个结构体类型Student，在(4)行定义了一个结构体变量stu，并在(5)行将其作为实参传入到test函数，输出结果为：

形参是改变了，但是实参一直没有变过。

7 指向结构体的指针变量

• 每个结构体变量都有自己的存储空间和地址，因此指针也可以指向结构体变量
• 结构体指针变量的定义形式：struct 结构体名称 *指针变量名
• 有了指向结构体的指针，那么就有3种访问结构体成员的方式

结构体变量名.成员名

(*指针变量名).成员名

指针变量名->成员名

输出结果为：

8 结构体占用的内存

C语言会为结构体中的每个成员都分配内存，各成员在内存中连续排列。但结构体所占用的内存并非简单的是各成员占用内存的算术之和。为了CPU能够快速访问，提高访问效率，变量的起始地址应该具有某些特性，这就是所谓的“对齐”。比如4字节的int型变量，那它的起始地址就应该在4字节的边界上，即起始地址可以被4整除。

内存对齐遵循以下两个原则：

1. 成员变量起始地址为该变量类型所占内存的整数倍，若不足则不足部分用数据填充至所占内存的整数倍。
2. 该结构体所占总内存为结构体成员变量中最大数据类型的整数倍。

举例说明：

struct str2{
    double a;
    int b;
    char c;
    double d;
    };

str2这个结构体占用24个字节，分析如下：

首先double类型的a占用内存地址为0~7，int类型的b起始地址为8，符合规则一，占用地址为8~11。char类型的c占一个字节，地址为12。那么double类型的d，起始地址为13吗？显然不是，满足规则一的地址是16，所以d起始地址为16，占用16~23。结构体总共24个字节，满足规则二。如果这个结构体最后再加一个成员变量 char e，那这个结构体占用的内存是多少？char类型的e起始地址为24，占用地址为24，但是结构体一种有25个字节，就不满足规则二了，怎么办呢？为了满足规则二，我们将25~31进行填充，因此整个结构体占用32个字节。

参考链接

GB/T 15272-1994 （6.5.2.1）
http://c.biancheng.net/cpp/html/88.html
https://www.cnblogs.com/kl2blog/p/6908048.html
https://www.runoob.com/cprogramming/c-structures.html
https://www.jianshu.com/p/11338c411bec
https://blog.csdn.net/qq_29350001/article/details/53817234