c语言练习58:⾃定义类型：结构体

⾃定义类型：结构体

 结构体的概念

结构是⼀些值的集合，这些值称为成员变量。结构的每个成员可以是不同类型的变量。

结构体是一个种自定义的数据类型，它可以由很多个默认数据类型组成。它主要用于描述复杂场景下的变量。

例如，想通过结构体描述一个学生

struct Stu
{
 char name[20];//名字
 int age;//年龄
 char sex[5];//性别
 char id[20];//学号
}; //分号不能丢

结构体的形式:

struct 结构体名
{
	数据类型1 成员变量1；
	数据类型2 成员变量2；
	..........
};

 特殊的声明

在声明结构的时候，可以不完全的声明。

//匿名结构体类型
struct
{
 int a;
 char b;
 float c;
}x;
struct
{
 int a;
 char b;
 float c;
}a[20], *p;

上⾯的两个结构在声明的时候省略掉了结构体标签（tag）。

那么问题来了？

//在上⾯代码的基础上，下⾯的代码合法吗？ p = &x;

警告： 编译器会把上⾯的两个声明当成完全不同的两个类型，所以是⾮法的。

匿名的结构体类型，如果没有对结构体类型重命名的话，基本上只能使⽤⼀次

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？ ⽐如，定义⼀个链表的节点：

struct Node
{
	int data;
	struct Node next;
};

上述代码正确吗？

如果正确，那 sizeof(struct Node) 是多少？

仔细分析，其实是不⾏的，因为⼀个结构体中再包含⼀个同类型的结构体变量，这样结构体变量的⼤ ⼩就会⽆穷的⼤，是不合理的。 正确的⾃引⽤⽅式：

struct Node
{
 int data;
 struct Node* next;
};

在结构体⾃引⽤使⽤的过程中，夹杂了typedef对匿名结构体类型重命名，也容易引⼊问题，看看下⾯ 的代码，可⾏吗？

typedef struct
{
 int data;
 Node* next;
}Node;

答案是不⾏的，

因为Node是对前⾯的匿名结构体类型的重命名产⽣的，但是在匿名结构体内部提前使 ⽤Node类型来创建成员变量，这是不⾏的。 解决⽅案如下：定义结构体不要使⽤匿名结构体了

typedef struct Node
{
 int data;
 struct Node* next;
}Node;

结构体变量的创建和初始化

创建的两种方式：

struct Stu 
{
	char name[20];//名字
	int age;//年龄
	float score;//成绩
}s1,s2,s3;

struct Stu 
{
	char name[20];//名字
	int age;//年龄
	float score;//成绩
};
int main()
{
	struct Str s1;
	return 0;
}

 初始化

struct Stu 
{
	char name[20];//名字
	int age;//年龄
	float score;//成绩
};
int main()
{
	struct Stu s1 = { "zhangsan",20, 98.5f };
	struct Stu s2 = { "lisi",33, 68.5f};
	struct Stu s3 = { "wangwu",24, 98.0f };
	struct Stu s4 = { .age = 22,.name = "cuihua", .score = 55.5f };

	printf("%s %d %f\n", s1.name, s1.age, s1.score);
	printf("%s %d %f\n", s4.name, s4.age, s4.score);

	return 0;
}

结构成员访问操作符

结构成员访问操作符有两个

⼀个是 . ，⼀个是 -> . 形式如下：

结构体变量.成员变量名

结构体指针—>成员变量名

例如：

#include 
#include 
struct Stu
{
 char name[15];//名字
 int age; //年龄
};
void print_stu(struct Stu s)
{
 printf("%s %d\n", s.name, s.age);
}
void set_stu(struct Stu* ps)
{
 strcpy(ps->name, "李四");
 ps->age = 28;
}
int main()
{
 struct Stu s = { "张三", 20 };
 print_stu(s);
 set_stu(&s);
 print_stu(s);
 return 0;
}

结构体内存对⻬

⾸先得掌握结构体的对⻬规则：

1. 结构体的第⼀个成员对⻬到相对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（对⻬数）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中没有默认对⻬数，对⻬数就是成员⾃⾝的⼤⼩

3. 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。

4. 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。

//练习1
struct S1
{
 char c1;
 int i;
 char c2;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S1));

 分析一下S1所占大小。
第一个成员变量大小是 1，默认对齐数是4 ，那么它的对齐数就是1。但依据上面的规则，c1是起始位置偏差为0的地方开始，那么c1占据的就是起始位置，占据1个字节；
第二个成员变量大小是1，默认对齐数是4 ，那么它的对齐数也是1。依据上面的规则，c2是起始位置偏差为1的整倍数的位置，但任何数字都是1的整倍数，所以c2占据的是偏差值=1的地址处，占据1个字节；
第三个成员变量大小是4，默认的整倍数的位置，就也是偏差值0、4、8、12… 这些。所以a的起始位置是偏差值为4的位置，它占据了4个字节。对齐数是4 ，那么它的对齐数也是4。依据上面的规则，a的起始位置必须是偏差值为4
注意，这里偏差值为2和偏差值为3的位置是空的，所以S1占了8个字节。下图中，黄色为c1，蓝色c2，红色c3。旁边的数字为当前地址与起始地址的偏差值。

//练习3
struct S3
{
 double d;
 char c;
 int i;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S3));

 得知S3的大小是16个字节。最大对齐数是8。那么S4在内存里就是这样的 

struct S4
{
 char c1;
 struct S3 s3;
 double d;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S4));

 

S4大小是32个字节。

为什么存在内存对⻬?

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。

让占⽤空间⼩的成员尽量集中在⼀起

修改默认对⻬数（修改后可以不考虑内存对齐）

#include 
#pragma pack(1)//设置默认对⻬数为1
struct S
{
 char c1;
 int i;
 char c2;
};
#pragma pack()//取消设置的默认对⻬数，还原为默认
int main()
{
 //输出的结果是什么？
 printf("%d\n", sizeof(struct S));
 return 0;
}

结构体传参

struct S
{
 int data[1000];
 int num;
};
struct S s = {{1,2,3,4}, 1000};
//结构体传参
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;
}

上⾯的 print1 和 print2 函数哪个好些？

答案是：⾸选print2函数。

原因： 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。 结论： 结构体传参的时候，要传结构体的地址