c语言【自定义类型上】结构体

一.引言

  在前面我们学了int , char , float等数据类型，这些属于内置数据类型，如果我们想一次性使用多个类型，比如我们生活中登记某个人的信息，一个数据类型是不够的，这时候就可以使用我们的自定义类型。

二.结构体

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。

结构体的声明

struct tag

{

member- list ;

}variable- list ;      

注意： 忘了分号

tag : 结构体的标签    struct tag: 我们自定义的结构体类型  member-list: 结构体的成员

结构体变量的创建与初始化

1.结构体变量创建

  结构体变量创建有两种方式：

struct S 
{
	int age;
	char name[20];
	char c1;
}s1;
//直接在声明结构体之后创建
int main()
{

	struct S s2;
	//在主函数内部创建
	return 0;
}

2.结构体变量的初始化

  结构体变量初始化分为按默认顺序初始化和自定义顺序初始化。对于自定义初始化，需要用.操作符加成员名来初始化。

struct S 
{
	int age;
	char name[20];
	char c1;
}s1 = {16,"lisi",'s'};
//直接在声明结构体之后初始化
int main()
{

	struct S s2 = { 12,"zhangsan",'x' };//按默认顺序初始化
	struct S s3 = { .name = "lisi",.age = 12,.c1 = 'y' };//不按默认顺序初始化
	
	return 0;
}

结构体的特殊声明

在声明结构的时候，可以不完全的声明，这种叫做匿名结构体。

struct
{
 int a;
 char b;
 float c;
}x;
struct
{
 int a;
 char b;
 float c;
}a[20],*p;

此时让p=&x能正常运行吗？答案是不行的

由此我们得出

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。

结构体的自引用

有的同学可能想玩些骚操作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
{
 int data;
 struct Node next;
};

分析：当我们用sizeof计算这个结构体大小时，他的大小是int+struct Node=int + int +struct Node...

就这样一直套娃导致大小无穷大，这显然是不行的。

正确自引用：

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

为什么这样写呢？原因在于我们可以通过指针也就是地址来找到下一个节点，同时指针变量大小是确定的。

学会了自引用我们觉得struct Node 太长了是否能重定义一下？

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

这种写法就是典型的先有蛋还是先有坤的问题。我们在重命名时之前就用了Node指针这肯定是不行的。正确写法如下：

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

结构体的内存对齐

struct S1
{
	char c1;
	int age;
	char c2;
};
struct S2
{
	char c1;
	char c2;
	int age;
};
int main()
{
	printf("%zd\n", sizeof(struct S1));
	printf("%zd\n", sizeof(struct S2));
	return 0;
}

对于这两个有相同成员的结构体类型大小是否相等呢？这时我们需要结构体的内存对齐

结构体的对齐规则

结构体的对⻬规则：

1. 结构体的第⼀个成员对⻬到和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 gcc 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 。

我们来画图解释：

第二个结构体类似的也是一样的 故第一个大小为12，第二个为8

那嵌套结构体大小呢？

struct S2
{
	char c1;  //1
 	char c2;  //1
	int age;  //4
	//成员最大对齐数为4

}s2;
struct S4
{
	char c1; //1 
	struct S2 s2;//4
	double d;//8
	//24
};

同样画图直观感受下：

依照嵌套结构体对齐规则，该变量大小就是24

结构体内存对齐原因

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 。

由结构体内存对齐我们得到：要想结构体类型尽量小节省空间，我们可以把小变量放前面。

修改默认对齐数

#pragma 这个预处理指令，可以改变编译器的默认对⻬数。

#pragma pack(1)

#pragma pack(1)
struct S1
{
	char c1; 
	int age; 
	char c2; 
};
int main()
{
	printf("%zd\n", sizeof(struct S1));//6
	return 0;
}

此时结果就是6.

结构体传参

结构体传参有两种方式，一种是结构体传参一种是地址传参。

//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);
}

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。

结构体位段

我们学习了结构体内存对齐会浪费一定空间，那有什么办法可以减少一定的浪费呢？这时我们可以了解结构体位段。

结构体位段是基于结构体的（它也有一定的内存对齐）

1. 什么是位段

位段的声明和结构是类似的，有两个不同：

1. 位段的成员必须是 int 、 unsigned int 或 signed int ，在C99中位段成员的类型也可以

选择其他类型。

2. 位段的成员名后边有⼀个冒号和⼀个数字。

位段的位是二进制位，也就是一个bit

struct A
{
 int _a:2;
 int _b:5;
 int _c:10;
 int _d:30;
};

解释：a:2指给2存两个bit位 以此类推  

那这个结构体位段的大小是多少呢？

2.结构体位段内存分配

1. 位段的成员可以是 int unsigned int signed int 或者是 char 等类型

2. 位段的空间上是按照需要以4个字节（ int ）或者1个字节（ char ）的⽅式来开辟的。

3. 位段涉及很多不确定因素，位段是不跨平台的，注重可移植的程序应该避免使⽤位段。

//⼀个例⼦
struct S
{
 char a:3;
 char b:4;
 char c:5;
 char d:4;
};
struct S s = {0};
s.a = 10;
s.b = 12;
s.c = 3;
s.d = 4;
//空间是如何开辟的？

图形表示：

这是基于vs环境的。从结果看我们发现vs是 从右向左存的同时当下一个成员不够存在这个字节时，会 开辟新的最小单元（char或int).

3.位段的跨平台

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

因此， 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。

位段不存在节省空间情况 此时体现位段的成员依然是要对齐的 

struct Test1
{
	char a : 1;
	int b : 4;
	char c : 1;
};
struct Test2
{
	char a : 1;
	char c : 1;
	int b : 4;
};

int main()
{

	printf("%zd\n", sizeof(struct Test1));//12
	printf("%zd", sizeof(struct Test2));//8
	return 0;
}

4，位段使用注意事项

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

本次分享结束啦，有收获的小伙伴可以给博主三连噢~