前言
本期讲解结构体的声明及使用等等
结构体(Struct)是一种在用于组织和存储不同类型数据的自定义数据类型。结构体可以包含多个不同数据类型的成员变量,这些成员变量可以具有不同的数据类型,例如整数、浮点数、字符、字符串、数组、其他结构体等等。结构体的成员变量在内存中是连续存储的。
struct tag{
member-list;//结构体(或类)的成员列表,用于定义结构体中包含的成员变量
}variable-list;//结构体的变量列表,用于声明结构体的实际变量或对象
如果我们描述一个学生,要创建整型,字符,浮点数等等,如果是两个学生,或者更多,挨个对他们创建变量就显得非常繁琐。所以就有了结构体类型,用来存储不同类型数据。
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
//声明结构体的同时定义变量s及初始化
struct Stu {//类型声明
char name[15];//名字
int age; //年龄
}s = { "zhangsan", 20 };//初始化
//声明结构体之后再定义变量s及初始化
struct Stu {//类型声明
char name[15];//名字
int age; //年龄
};
struct s = { "zhangsan", 20 };
//嵌套的结构体变量的定义及初始化
struct Node{
int data;
struct stu s1;
struct Node* next;
}n1 = { 10, { "zhangsan", 20 }, NULL }; //结构体嵌套初始化
在C99标准中,允许不按照成员的顺序进行初始化。这可以通过在初始化时使用成员标签来实现,从而为结构体的特定成员赋值,而不必遵循结构体成员的声明顺序。
struct Stu{
char name[15];
int age;
};
struct Stu s = {.age=20, .name="zhangsan"};//为结构体的特定成员初始化
定义了结构体变量,就要访问变量的成员。可以通过以下两种方式:
结构成员访问操作符有两个⼀个是 . ,⼀个是 ->
- 结构体变量 . 成员变量名
- 结构体指针->成员变量名
#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);//通过结构体变量及操作符.访问成员
}
void set_stu(struct Stu* ps){
strcpy(ps->name, "李四");//通过结构体指针及操作符->访问成员
ps->age = 28;
}
int main(){
struct Stu s = { "张三", 20 };
print_stu(s);
set_stu(&s);
print_stu(s);
return 0;
}
结构体的大小,可能并不只是简单地将结构体成员各自的类型大小相加。因此在计算结构体大小时应考虑内存对齐规则。
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
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 是编译器默认的⼀个对⻬数与该成员变量⼤⼩的较⼩值。
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。
如果嵌套了结构体的情况,同样的道理,内部的结构体本身是外部结构体的成员,结构体总⼤⼩也为最⼤对⻬数的整数倍
//练习1
struct S1{
char c1;//char类型为1个字节,比默认对齐数8小,对齐数为1
int i; //类型4字节,默认对齐数8,对齐数为4
char c2;//类型1字节,默认对齐数8,对齐数为1
};
printf("结构体类型s1的内存大小=%d\n", sizeof(struct S1));
//练习2
struct S2{
char c1;//类型1字节,默认对齐数8,对齐数为1
char c2;//类型1字节,默认对齐数8,对齐数为1
int i; //类型4字节,默认对齐数8,对齐数为4
};
printf("结构体类型s2的内存大小=%d\n", sizeof(struct S2));
结构体总⼤⼩也为最⼤对⻬数的整数倍练习1中,最大对齐数为4,所以填充到偏移量为11的位置,内存才为12。同样练习2的最大对齐数为4,因为int类型刚好占到了偏移量为7的位置,内存为8,是4的整数倍,不再需要填充字节。
硬件要求:许多计算机体系结构要求数据在内存中按特定的边界对齐。这是因为处理器通常需要以固定大小的块(如字节、字、双字、四字等)来读取内存,如果数据没有按照这些块的边界对齐,就会导致额外的处理开销和性能下降。
性能优化:内存对齐可以减少内存访问的次数。当数据按照特定的边界对齐时,处理器可以更快地访问内存,因为它可以使用更简单的地址计算来获取数据。这可以提高程序的执行速度,特别是对于需要频繁访问内存的计算密集型应用。
总体来说:结构体的内存对齐是拿空间来换取时间的做法。因此我们在定义结构体要尽量使所占字节较小的变量放在前面
同时在函数传参时,如果参数是结构体,使用地址传参。可以想象,如果一个结构体太大,参数压栈(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)的的系统开销⽐较⼤,会导致性能的下降。
#include
//#pragma 这个预处理指令,可以改变编译器的默认对⻬数。
#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;
}
结构体在对齐方式不合适的时候,我们可以自己更改默认对齐数。
"位段"通常用于表示一个整数中的一组特定位(或二进制位)位段允许您将一个整数的特定位域用于存储不同的信息,而不是整数的所有位都用于单一目的。 这在节省内存和优化数据存储时非常有用。位段通常与结构体(struct)或联合体(union)一起使用,以定义一组位字段。
int 类型是位段的常见基础数据类型之一。也可以使用有符号整数类型(int)或无符号整数类型(unsigned int)来定义位段,具体取决于您的需求。char 类型也常用于定义位段。C99引入了_Bool布尔类型,通常用于表示布尔值,可以用于位段来表示真或假。
位段的使用:
struct A{
//类型 变量名 冒号 宽度(几个bit)
int _a : 2;// 第一个位段,2位宽度
int _b : 5;// 第二个位段,5位宽度
int _c : 10;// 第三个位段,10位宽度
};
总结:
跟结构相⽐,位段可以达到同样的效果,并且可以很好的节省空间,但是有跨平台的问题存在。
位段的⼏个成员共有同⼀个字节,这样有些成员的起始位置并不是某个字节的起始位置,那么这些位置处是没有地址的。内存中每个字节分配⼀个地址,⼀个字节内部的bit位是没有地址的。
所以不能对位段的成员使⽤&操作符,这样就不能使⽤scanf直接给位段的成员输⼊值,只能是先输⼊放在⼀个变量中,然后赋值给位段的成员。
#include
struct A{
int _a : 2;
int _b : 5;
int _c : 10;
int _d : 30;
};
int main(){
struct A sa = { 0 };
scanf("%d", &sa._b);//这是错误的
//正确的⽰范
int b = 0;
scanf("%d", &b);
sa._b = b;
return 0;
}