C语言之自定义类型_结构体篇（1）
目录
什么是结构？
结构体类型的声明
常规声明
特殊声明-匿名结构体
结构体变量的定义和初始化和访问
定义
初始化
访问
嵌套结构体
结构体的自引用
什么是结构体的自引用
NO1.
NO2.
热门考点：结构体内存对齐
产生内存对齐
NO1
NO2
NO3
内存对齐-结构体类型内存中存储
NO1
NO2
NO3
为什么要对齐
优化结构体成员顺序
修改默认对齐数
百度笔试题
今天来深入结构体，爬了武功山很是艰辛哈哈。
C语言有内置类型：char short int long longlong float double 。但是我们生活中有负责对象需要去描述，例如人需要名字+年龄+身高等等；书需要书名+作者+出版社等等。所以C语言就有了自定义类型：结构体 枚举 联合体。今天我们重点讲解结构体！
可以先回顾一下结构体的基础知识：C语言之结构体篇_唐唐思的博客-CSDN博客
什么是结构？
结构式一些值的集合，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。
可以与数组相比较，数组：一组相同类型元素的集合。
结构体类型的声明
struct tag
{
member-list;
}variable-list;typedef struct
{
member-list;
}tag;- struct 是结构体关键字 不能省略
- tag 是结构体名字 自己命名即可
- member-list 是成员列表
- variable-list 是结构体类型的变量列表
- 分号 ； 一定不要忘记
- 记住结构体是结构体类型，是一种变量类型
常规声明
描述一个学生信息
#include
struct student
{
char name[20];
int age;
char sex[5];//一个汉字占2个字节+一个\0=5个字节
char id[20];//学号
}s1, s2, s3;//分号不能丢
//s1,s2,s3是三个结构体变量，全局变量
int main()
{
struct student s5, s6, s7;//ss4,s5,s6是三个结构体变量，局部变量
return 0;
} 描述一本书的信息
struct book
{
char name[20];
char author[12];
float printf;
};
- 结构体类型声明
- 结构体类型创建变量
特殊声明-匿名结构体
- 匿名结构体类型是一种特殊结构体类型 ，只能特殊声明，只能声明一次。
struct
{
char name[20];
char author[12];
float printf;
}b1，b2;
//只能使用一次，也就是b1
//当然如果你想要创建多个结构体类型变量也是可以的上面的结构体在声明的时候省略了结构体标签（tag)
那么问题来了，可以使用下面这种写法吗？？不建议使用哦
struct
{
char name[20];
char author[12];
float printf;
}b1;
struct
{
char name[20];
char author[12];
float printf;
}*p;
int main()
{
p = &b1;//不建议这样写，编译器会认为两端的结构体类型不一样
}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。
结构体变量的定义和初始化和访问
定义
#include
struct student
{
char name[20];
int age;
}s1,s2;//定义全局变量
struct student s3, s4;//定义全局变量
int main()
{
struct student s5, s6;//定义局部变量
} 初始化
#include
struct student
{
char name[20];
int age;
}s1 = { "zhangsan",20 };
struct student s2 = { "lisi",25 };
int main()
{
struct student s3 = { "ruhua",18 };//正序初始化
struct student s3 = { .age=18,.name="ruhua"};//乱序初始化
} 访问
#include
struct student
{
char name[20];
int age;
};
int main()
{
struct student s3 = { "ruhua",18 };//正序初始化
struct student s4 = { .age=18,.name="ruhua"};//乱序初始化
struct student* s = &s3;
printf("%d %s\n", s3.age, s3.name);
printf("%d %s\n", (*s).age, (*s).name);
printf("%d %s\n", s->age, s->name);
} 嵌套结构体
#include
struct Point
{
int x;
int y;
}p1; //声明类型的同时定义变量p1
struct Point p2; //定义结构体变量p2
struct Point p3 = {1,2};//初始化：定义变量的同时赋初值。
struct Stu//类型声明
{
char name[15];//名字
int age;//年龄
};
struct Stu s = { "zhangsan", 20 };//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 };//结构体嵌套初始化 //嵌套结构体的大小问题
#include
#include
struct S3
{
double d;
char c;
int i;
};
struct S4
{
char c1;
struct S3 s3;
double d;
};
int main()
{
printf("%d\n", sizeof(struct S4));
return 0;
} 结构体的自引用
什么是结构体的自引用
大家应该都听说过数据结构，数据结构就是数据在内存中的存储和组织结构。
这里简单谈一下：假设要将1，2，3，4，5存储在内存中。我们会有怎样的数据结构。
线性数据结构，树形数据结构，图
在线性数据结构中，像1这样一个数据叫 节点 ，如果我们想用结构体去表示一个节点，需要包含哪些信息呢？信息：1.节点本身的信息_数据域 2.找到下一个节点的信息——指针域
那找到下一个节点信息的关键点就是：指针。 知道我们知道下一个节点的地址，并且放入上一个节点的结构体成员 指针变量中，我们就可以轻松联系节点与节点之间的桥梁。
struct Node
{
int data;//本节点信息——数据域
struct Node* n;//下一个节点结构体类型的指针变量——指针域
};typedef struct Node
{
int data;//本节点信息——数据域
struct Node* n;//下一个节点结构体类型的指针变量——指针域
}Node;NO1.
问题来了，可以用匿名结构体吗？当然不可以
struct
{
int data;//本节点信息——数据域
struct Node* n;//下一个节点结构体类型的指针变量——指针域
};//❌NO2.
那下面这种写法呢？
typedef struct
{
int data;//本节点信息——数据域
Node* n;//下一个节点结构体类型的指针变量——指针域
}Node;//❌热门考点：结构体内存对齐
我们已经掌握了结构体的基本使用了。现在我们是深入讨论一个问题：计算结构体的大小。
这也是一个特别热门的考点：结构体内存对齐。
产生内存对齐
我们先来看端代码：
#include
struct S1
{
char c1;//1
int i;//4
char c2;//1
};//6
struct S2
{
char c1;//1
char c2;//1
int i;//4
};//6
int main()
{
printf("%d\n", sizeof(struct S1));
printf("%d\n", sizeof(struct S2));
return 0;
} 
为什么不是按照我们预期的内存大小呢？？ 我们来测试一下每个数据在内存中的偏移量。
【偏移量】偏移量_百度百科 (baidu.com) 通俗来讲 就是与起始地址（首地址）的偏移距离
offsetof是宏可以直接使用，用于计算结构体成员相较于起始位置的偏移量
头文件#include
【宏offsetof】：offsetof - C++ Reference (cplusplus.com)
【宏】我们在后面会讲解。 大家可以现在网上了解一下宏，戳一戳：宏（计算机术语）_百度百科 (baidu.com)
NO1
#include
#include
struct S1
{
char c1;//1
int i;//4
char c2;//1
};//6
int main()
{
printf("%d\n", offsetof(struct S1, c1));
printf("%d\n", offsetof(struct S1, i));
printf("%d\n", offsetof(struct S1, c2));
return 0;
} 
我们发现有部分空间是被浪费了的？？那S2也是这样吗？我们来看看
NO2
#include
#include
struct S2
{
char c1;//1
char c2;//1
int i;//4
};//6
int main()
{
printf("%d\n", offsetof(struct S2,c1));
printf("%d\n", offsetof(struct S2,c2));
printf("%d\n", offsetof(struct S2, i));
return 0;
} 
NO3
除了上面的问题我们还有一个嵌套结构体大小的问题哟！
#include
#include
struct S3
{
double d;
char c;
int i;
};
struct S4
{
char c1;
struct S3 s3;
double d;
};
int main()
{
printf("%d\n", sizeof(struct S4));
return 0;
} 关于数据在内存中的存储，偏移量有什么存储规则吗？当然，对齐规则。
内存对齐-结构体类型内存中存储
对齐规则也就是结构体在内存中如何存储
考虑如何计算？那我们首先要掌握结构体的对齐规则：
- 第一个成员在与结构体变量偏移量为0的地址处。
- 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。
- 结构体总大小为最大对齐数（每个成员变量的对齐数 比较之后 最大的）的整数倍。
- 如果嵌套了结构体的情况，嵌套的结构体 对齐到 自己的成员中对齐数 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。
- 对齐数 = 编译器默认的 一个对齐数 与 该成员本省的大小 比较之后的 较小值。
- VS中默认值为8
- Linux中gcc没有默认对齐数，对齐数就是成员自身的大小
NO1
#include
#include
struct S1
{
char c1;//1
int i;//4
char c2;//1
};//6
int main()
{
printf("%d\n", offsetof(struct S1, c1));
printf("%d\n", offsetof(struct S1, i));
printf("%d\n", offsetof(struct S1, c2));
return 0;
} 
NO2
#include
#include
struct S2
{
char c1;//1
char c2;//1
int i;//4
};//6
int main()
{
printf("%d\n", offsetof(struct S2,c1));
printf("%d\n", offsetof(struct S2,c2));
printf("%d\n", offsetof(struct S2, i));
return 0;
} 
NO3
#include
#include
struct S3
{
double d;
char c;
int i;
};
struct S4
{
char c1;
struct S3 s3;
double d;
};
int main()
{
printf("%d\n", sizeof(struct S4));
return 0;
} 
为什么要对齐
参考大部分资料：
- 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。
- 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。
- 总体来说：结构体的内存对齐是拿空间来换取时间的做法
优化结构体成员顺序
那在设计结构体的时候，我们既要对齐，又要节省空间，如何做好：
//例如：
struct S1
{
char c1;//1
int i;//1
char c2;//4
};//8
struct S2
{
char c1;//1
char c2;//4
int i;//1
};//12S1和S2类型的成员一模一样，但是S1和S2所占空间的大小有了一些区别。
修改默认对齐数
结构在对齐方式不合适的时候，我们可以自己更改默认对齐数。一般设置默认对齐数：2的次方。
#include
#pragma pack(8)//设置默认对齐数为8
struct S1
{
char c1;
int i;
char c2;
};
#pragma pack()//取消设置的默认对齐数，还原为默认
#pragma pack(1)//设置默认对齐数为1
struct S2
{
char c1;
int i;
char c2;
};
#pragma pack()//取消设置的默认对齐数，还原为默认
int main()
{
//输出的结果是什么？
printf("%d\n", sizeof(struct S1));
printf("%d\n", sizeof(struct S2));
return 0;
} 大家自己动一动手画一画图，思考答案！
百度笔试题
写一个宏，计算结构体中某变量相对于首地址的偏移，并给出说明
考察： offsetof 宏的实现
注：这里还没学习宏，后面博文讲解。
✔✔✔✔✔最后，感谢大家的阅读，若有错误和不足，欢迎指正！
下篇博文我们继续自定义类型。
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