自定义类型：结构体进阶学习分享
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- 前言
- 1 结构体的基础知识
- 2 结构的声明
- 3 特殊声明
- 4 结构的自引用
- 5 结构体变量的定义和初始化
- 6 结构体内存对齐
-
- 6.1 计算结构体大小相关笔试题（基于VS）
-
- 笔试题一：
- 笔试题二：
- 6.2 为什么存在内存对齐？
- 6.3 如何设计结构体减少空间
- 1.7 修改默然对齐数
- 8. 结构体传参
- 9. 结尾
前言
结构体在C语言中具有重要的意义。它不仅可以封装和组织数据，还可以提供抽象和封装的能力，方便数据的传递和操作，提高代码的可读性和可维护性，是C语言中常用的数据类型之一。本篇博客将详细介绍相关知识。
1 结构体的基础知识
在结构体初阶我们以及详细介绍过了有关结构体的基础。
结构是一些值的集合，这些值被称为成员变量。结构的每一个成员可以是不同类型的变量。
2 结构的声明
struct tag
{
member-list;
}variabe-list;
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
};
3 特殊声明
在声明结构体的时候，可以不完全声明。（匿名结构体声明）
比如：
//匿名结构体
struct
{
int a;
char b;
float c;
}x;
struct
{
int a;
char b;
float c;
}*px;
上面的两个结构在声明的时候省略掉了结构体标签（tag）。
那问题来了？
//在上面代码的基础上，下面的代码合法吗？
px = &x;
警告：
- 编译器会将上面的两个声明当成完全不同的两个类型。所以是非法的。
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？
struct Node//err,比如计算其大小sizeof(struct Node)时，大小是不确定的
{
int date;
struct Node next;
};
//正确的自引用方法
struct Node
{
int date;
struct Node* next ;
};
注意： 上面结构体类型有时过于冗杂，我们可以采用重命名。
//我们知道结构体可以匿名。那是否可以重命名呢？
//答案是否定的。
//例如下面这段代码，结构体中的Node* next变量还没有创建成功，结构体不是完整的，因此不可重命名
typedef struct//err
{
int date;
Node* next;
}Node;
//正确使用
typedef struct Node
{
int date;
struct Node* next;
}Node;
5 结构体变量的定义和初始化
有了结构体类型，那如何定义和初始化呢？其实很简单。
struct Stu //声明类型
{
char name[15];//名字
int age;//年龄
};
struct Stu s = { "zhangsan",20 };//初始化
struct Point
{
int x;
int y;
};
struct Node
{
int date;
struct Point p;
struct Node* next;
}n1 = { 10, {4,5}, NULL };//结构体嵌套初始化
6 结构体内存对齐
接下来我们将介绍一个热门考点：结构体内存对齐
结构体内存对齐规则：
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默认的值为8
。Linux中没有默认对齐数，对齐数就是成员自身的大小
3. 结构体的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。
6.1 计算结构体大小相关笔试题（基于VS）
笔试题一：
#include 运行结果：
—————————————————————————————————————
笔试题二：
struct S3
{
double d;//第一个成员变量对齐到偏移量为0处，在向后申请8字节（double大小为8）
char c;//该成员变量对齐数为1（char为1byte，VS默认对齐数为8，取最小值）
//所以变量对齐到偏移量为8处，向后申请1byte
int i;//该成员变量对齐数为4（int为4byte，VS默认对齐数为8，取最小值）
//所以该变量首先要对齐到偏移量为12的位置（必须对齐到4的整数倍处），在向后申请4个字节
};
//到此该结构体向内存共申请了16字节，为最大对齐数8的整数倍
//所以该结构体的最终大小为16byte
struct S4
{
char c1;//第一个成员变量对齐到偏移量为0处，在向后申请1字节（char大小为1）
struct S3 s3;//嵌套结构体，结构体要对齐到自己最大对齐数8（上面已经求得最大对齐数为：8）的整数倍处。即该成员变量对齐到偏移量为8出，在向后申请16字节（上面已经求出其大小16byte）
double d;//该成员变量对齐数为8（double为8byte，VS默认对齐数为8，取最小值）
//上述两个变量总共为24个字节，所以该成员变量从偏移量为24（刚好为8得整数倍）开始，在向后申请8字节
};
//到此该结构体总共占据32个字节空间，为最大对齐数8（上述3个成员变量对齐数分别为：1，8，8）的整数倍。
//所以最终该结构体总大小为32byte
int main()
{
printf("%d\n", sizeof(struct S3));
printf("%d\n", sizeof(struct S4));
return 0;
}
运行结果：
6.2 为什么存在内存对齐？
大部分参考资料是这么说的：
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，某些硬件平台只能在某些地址处去某些特定类型的数据，否则抛出硬件异常。
2. 性能原因
结构数据（尤其是栈）应尽可能地在自然边界上对齐。
原因在于为了访问未对其的内存，处理器需要作两次内存访问；而对齐的内存仅需要一次访问。
总的来说：
结构体的内存对齐是拿空间来换时间的做法。
6.3 如何设计结构体减少空间
在设计结构体时，我们既要满足对齐，又要节省空间，如何做到呢？
我们前面已经见过这段代码：
struct S1
{
char c1;
int i;
char c2;
};
struct S2
{
char c1;
char c2;
int i;
}
int main()
{
printf("%d\n", sizeof(struct S3));//12
printf("%d\n", sizeof(struct S4));//8
return 0;
}
S1和S2类型的成员一模一样，但是S1和S2所占据的空间大小有一些区别。我们可以得到：
- 在设计结构体时，尽量让占用空间小的成员尽量集中在一起，从而节省空间。
1.7 修改默然对齐数
#pragma这个预处理指令可以被用来修改我们的默认对齐数。
#include 运行结果：
总结：
- 结构在对齐方式不合适说的时候，我们可以自己更改默认对齐数。
8. 结构体传参
直接上代码：
#include 上面print1和print2函数那个更好？
答案是：首选print2函数。
原因：
函数传参的时候，参数是需要压栈的，会有时间和空间上的开销。
如果传递一个结构体对象的时候，结构体过大，参数压栈的系统开销比较大，所以会导致性能的下降。
结论：
结构体传参时，要传结构体指针。
9. 结尾
本篇博客到此就结束了。传作不易，如果对你有帮助记得三连哦！感谢您的支持！！！