C语言——自定义类型之结构体

目录

一、结构体定义（声明）

二、结构体类型的变量

三、特殊结构体

四、结构体的嵌套定义

五、结构体变量的定义和初始化

六、结构体的内存对齐

1.内存对齐是什么

2.内存对齐的规则

3.为什么有内存对齐（意义）

 七、结构体传参

1.一个栗子

2.传值

3.传址

3.总结

八、位段

1.位段的声明

2.位段的内存分配

3.位段的跨平台问题

4.位段的应用

总结

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前言

本篇文章主要介绍自定义类型中的结构体。

一、结构体定义（声明）

直接用一个例子说明一下：

二、结构体类型的变量

①全局变量：

 ②局部变量：

三、特殊结构体

一种特殊的结构体——匿名结构体

1.匿名结构体指的是没有命名的结构体，这种结构体只能在定义结构体时创建变量。

2.注意：即使成员变量相同的两个匿名结构体，也会被编译器认为成两个结构体类型。所以不能用一个结构体类型的指针去指向另一个结构体类型的变量。

四、结构体的嵌套定义

结构体是可以嵌套定义的，即在一个结构体类型中可以包含另一个结构体类型：

 结构体可以嵌套使用，也可以自引用。

如何正确的进行自引用：

1.结构体内部是不能直接包含同类型的结构体；

2.结构体内部可以包含同类型结构体的指针；

因此可以通过结构体类型的指针实现对结构体的自引用。

（例如：数据结构中的链表实现）

五、结构体变量的定义和初始化

结构体类型的变量的定义和初始化和内置类型是相同的，全局变量和局部变量的定义在上文中都有介绍，所以这里主要说明当结构体有嵌套情况时该怎么初始化。

将所嵌套的结构体的元素用一个大括号括起来，和其他元素用逗号隔开即可。

六、结构体的内存对齐

1.内存对齐是什么

编译器为程序中的每个“数据单元”安排在适当的位置上。

2.内存对齐的规则

1.首先明确：结构体变量在内存中

第一个字节相对于起始位置的偏移量为0；

第二个字节相对于起始位置的偏移量为1；

……以此类推。

2.第一个成员变量在偏移量为0的地址处；

3.其他成员变量对齐到某数（对齐数）的整数倍的地址处（偏移量）

3.有嵌套结构体情况的内存对齐：

嵌套的结构体对齐到自己的最大对齐数的整数倍处（其他的没有变化）

4.结构体的大小是最大对齐数（结构体中所有成员变量（包括嵌套的结构体）的对齐数的最大值）的整数倍

5.介绍一个宏

offsetof，可以返回结构体类型中成员变量相对于初始位置的偏移量（可以用于判断偏移量）

用法：offsetof(type,member)

注意：

1.对齐数是默认对齐数和自身大小的较小值，vs的默认对齐数为8，其他编译器eg:gcc没有默认对齐数。

2.默认对齐数是可以修改的：用#pragma  pack( )进行修改和恢复

所以当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。 

3.为什么有内存对齐（意义）

1.平台原因：（移植原因）

某些编译器不能对任意内存位置进行任意操作，所有要将数据存储到可被操作的位置

2.性能原因：

如果没有内存对齐，对数据的访问要进行两次；有内存对齐只需要一次。

如果要访问变量b：

①情况，内存未对齐，要访问b就需要访问两次

②情况，内存对齐，要访问b就只需要访问一次

3.总结来说内存对齐就是用空间来换取时间

4.因此我们如果想要既节省空间又节省时间就可以将占内存小的变量集中定义。

 七、结构体传参

所传的参数类型分为：传值和传址

1.一个栗子

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include
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。

2.传值

将结构体的值传过去，会发生参数压栈，会有时间和空间上的系统消耗

3.传址

将结构体的地址传过去，时间空间消耗不大，更高效（如果要避免地址被修改，可以用const对参数进行修饰）

3.总结

结构体传参时要传址。

八、位段

1.位段的声明

与结构体类似，只有两个不同：

①成员变量只能是整形家族

可以是：int ；unsigned int ；signed int或者char类型（属于整形家族）

【char类型数据在内存中是以ASCII码值进行存储的，所以也算整形家族】

②成员变量后要跟冒号和数字（数字表示占几个bite位的内存空间）

注意:冒号后的数字不能超过前面类型所能开辟的内存空间的大小

C就是一个位段类型，当它在创建一个位段变量时，它的成员变量a只能存放4个bite大小的数据（如果要存储的十六进制数据超过了4个bite位，就会发生截断）

2.位段的内存分配

①按需分配，（一般情况下，位段中的成员变量类型是一致的），一般是以4个字节4个字节（int型）开辟，或者以1个字节1一个字节（char型）的开辟

【在没用完上一次开辟的空间时不会开辟新的字节，但是如果下一个成员变量所需的空间超过了剩余的空间，就会再次开辟1或4个字节的空间进行使用，至于之前剩余的空间会不会继续使用，这个视编译器而定】

②位段有很多不确定因素，它不能够跨平台使用

所以可移植的程序应该避免使用位段。

③VS编译器环境下：

（1）在放不下新数据的情况下要开辟新的空间，前面未用完的空间是舍弃还是继续使用呢？

答：舍弃之前剩余的空间

（2）在一个字节内部放数据时是由左向右放数据还是由右向左放数据呢？

【在字节内部与大小端无关】

答：从右向左。

3.位段的跨平台问题

1. int 位段被当成有符号数还是无符号数是不确定的。

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

3. 位段中的成员在内存中从左向右分配，还是从右向左分配标准尚未定义。

4. 当一个结构包含两个位段，第二个位段成员比较大，无法容纳于第一个位段剩余的位时，是 舍弃剩余的位还是利用，这是不确定的

总结：位段和结构体类似，可以节省空间，但是不能跨平台使用。

4.位段的应用

网络（数据包，位段可以减少空间方便传送数据）

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总结

本文主要介绍了自定义类型中的结构体类型的相关知识，希望这篇文章对你理解结构体有所帮助。

当然本文的内容是作者这个初学者对于这些概念的浅薄理解，如果内容中有任何错误或者你觉得不清楚的点，可以在评论区交流（也可以私信作者）。

如果大家喜欢这篇文章，希望可以支持支持作者。作者也在不断学习，之后也会继续上传自己的学习笔记。