自定义类型之结构体

一、基础知识

1.结构体的声明

1.1结构类型的声明

关键字 自定义标识符

{

类型名1 成员名表1；

......

类型名n 成员名表n；

}；

例：

struct student
{
  long num;
  char name[20];
  float score;
}；

1.2结构类型变量的声明

关键字 自定义标识符 结构变量

• 直接声明

struct student//系统只为已声明变量的结构类型分配存储空间
{
  long num;
  char name[20];
}stu1,stu2;//此结构变量占字节数：4+20=24；

• 间接声明

struct student
{
  long num;
  char name[20];
};
struct student stu1,stu2；//关键字  自定义标识符  结构变量

• 无类型名声明（匿名结构体）//只用一次时

struct //省去结构名，直接给出结构变量
{
  long num;
  char name[20];
}stu1,stu2;//无结构类型名，无法再次声明该结构类型的变量

注意：即使匿名结构体成员相同，在编译器看来也是不同类型的结构体！

struct 
{
  long num;
  char name[20];
}x;
struct 
{
  long num;
  char name[20];
}*p;
p=&x;

1.3类型重命名（较简便）

typedef struct Node
{
  int data;
  long num;
}Node,*pNode;//pNode-->struct Node*(结构体指针重命名)
int main()
{
Node n;
return 0;
}

2.结构体的自引用

引：数据结构：线性/树形/图

线性：顺序表 链表（数据域|指针域）

错误示例：
struct Node
{
   int data;
   struct Node n;
};
int main()
{
 struct Node n;
 return 0;
}
正确示例：
struct Node
{
int data;//数据
struct Node* next;//指针
};
！注意：错误自引用
typedef struct 
{
  int data;
  Node* next;
}Node;
int main()
{
Node n;
return 0;
}
修正：
typedef struct Node
{
  int data;
  struct Node* next;
}Node;
int main()
{
Node n;
return 0;
}

3.结构变量的初始化

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};

4.结构体传参（待补充）

二、结构体内存对齐

引例：

struct S1 //对齐数
{
char c1;  //1
int i;    //4
char c2;  //1   //最大对齐数为4   4的倍数为12
}s1;

struct S2
{
char c1;  //1
char c2;  //1
int i;    //4   //最大对齐数为4   4的倍数为8
}s2;

2.1结构体的对齐规则：

1. 第一个成员在结构体变量偏移量为0的地址处。

2. 其他成员变量在对齐数的整数倍的地址处。

对齐数 = 编译器默认对齐数 与 成员所占字节数 的较小值。

（VS中默认对齐数为8/Linux环境无默认对齐数，自身大小即为对齐数）

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。（取最小值）

s1	s2
内存	内存	偏移量
c1	c1	0
waste	c2	1
waste	waste	2
waste	waste	3
i	i	4
i	i	5
i	i	6
i	i	7
c2		8
waste		9
waste		10
waste		11
		12

2.1.1练习：

struct S3
{          //偏移量（所放位置）
double d;  //0-7
char c;    //8
int i;     //12-15      //最大对齐数为8
}s3;//16

2.1.2拓展：offsetof-宏

1. 用途：计算结构体成员相对于起始位置的偏移量

2. 原型：

#include

size_t offsetof(structName,member name);

struct S3
{          //偏移量（所放位置）
double d;  //0-7
char c;    //8
int i;     //12-15      //最大对齐数为8
}s3;//16
printf("%u",offsetof(struct S3,d));//0  8  12

2.1.3嵌套结构体的内存对齐规则

嵌套的结构体对齐到自己最大对齐数的整数倍处，整体大小是所有最大对齐数（含嵌套结构体对齐数）的整数倍。

struct S3
{
double d;//8
char c;//1
int i;//4   //最大对齐数8
};
printf("%d\n", sizeof(struct S3));
struct S4
{
char c1;//1
struct S3 s3;//16
double d;//8         //所有对齐数最大为8
};
printf("%d\n", sizeof(struct S4));//32

	偏移量		偏移量		偏移量		偏移量		偏移量
c1	0	waste	7	s3	14	s3	21	d	28
waste	1	s3	8		15		22		29
waste	2		9		16		23		30
waste	3		10		17	d	24		31
waste	4		11		18		25		32
waste	5		12		19		26		33
waste	6		13		20		27		34

2.2内存对齐的存在原因

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，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。引例引用：比特鹏哥的图片讲解板书

：Sum：结构体的内存对齐是拿空间来换取时间的做法。

改进：设计结构体的时候，既要满足对齐，又要节省空间，让占用空间小的成员尽量集中在一起。

2.3默认对齐数的修改

对齐方式不合适时可更改默认对齐数

struct S  字节 默认对齐数 对齐数  偏移量
{
char c;   //1    8       1       0
double d; //8    8       8      8-15
};//16
#pragma pack(4)//设置默认对齐数为4
struct S  字节 默认对齐数 对齐数  偏移量
{ 
char c;   //1    4       1        0
double d; //8    4       4      4-11
};//12
#pragma pack()//取消,还原为默认

三、位段（位指二进制位）

3.1什么是位段

位段的声明和结构类似，不同之处：

• 1.位段的成员必须是 int、unsigned int 或signed int 。（char也可以）

• 位段的成员名后边有一个冒号和一个数字（数字意义：该成员占用比特位数）

例如：

struct A     //A就是一个位段类型
{
int _a:2;
int _b:5;
int _c:10;
int _d:30;
};//47bit
printf("%d\n", sizeof(struct A));//8bite-->2*int

3.2位段的内存分配

• 1. 位段的成员可以是 int ，unsigned int ，signed int 或者 char （属于整形家族）类型

• 2. 位段的空间按照需要，以4个字节（ int ）或1个字节（ char ）方式来开辟。

• 3. 位段涉及很多不确定因素，位段是不跨平台的，注重可移植程序应避免使用位段。

struct S     //剩余比特位
{            //_a是int-4byte-32bit
int _a:2;   //30
int _b:5;   //25
int _c:10;  //10
int _d:30;  //开辟一个新的4byte-不知_b是否占用原字节剩余的15bit
};
//16位机器-16bit

详细图解（图片来自比特课件）

3.3位段的跨平台问题

• 1. int 位段被当成有/无符号数不确定

• 2. 位段中最大位的数目不能确定。（16位机器16，32位机器32，写成27，在16位机器会出问题）

• 3. 位段中成员在内存中分配标准尚未定义（左-右||右-左）。

• 4. 含两个位段的结构，第一个位段剩余位无法容纳第二个位段成员，剩余的位不确定舍弃||利用。

Sum：位段可以节省空间，但是存在跨平台的问题

3.4位段的应用