【C语言/知识梳理/期末复习】结构体（附思维导图/概念习题链接）

目录

一、结构体

（1）结构体的声明

(2)结构体变量的定义和初始化

（3）结构体成员的访问操作符

①结构体成员的直接访问

②结构体成员的间接访问

（4）结构体的特殊声明：匿名结构体类型

①匿名结构体类型

②注意

（5）结构体的自引用

二、结构体的内存对齐

（1）对齐规则

（2）为什么要内存对齐

（3）如何更好地设计结构体

（4）修改默认对齐数

三、结构体传参

（1）结论

（2）原因

四、结构体实现位段

（1）什么是位段

①概念

②示例

③目的

（2）位段的内存分配

（3）位段的跨平台问题

（4）位段使用的注意事项

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【PTA选择题/基础夯实/期末复习】结构体（一）

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一、结构体

（1）结构体的声明

struct tag
{
        member-list;
}variable-list;

(2)结构体变量的定义和初始化

（3）结构体成员的访问操作符

①结构体成员的直接访问

• 结构体成员的直接访问是通过点操作符（.）访问的。点操作符接受两个操作数。
• 使用方式：结构体变量.成员名

②结构体成员的间接访问

• 使⽤⽅式：结构体指针->成员名
• 

（4）结构体的特殊声明：匿名结构体类型

①匿名结构体类型

• 

②注意

• 只能使用一次
• 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 p = &x 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。

（5）结构体的自引用

• 

二、结构体的内存对齐

（1）对齐规则

• 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。
• 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。
• 对齐数：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

（2）为什么要内存对齐

• 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。
• 总结：结构体的内存对⻬是拿空间来换取时间的做法。

（3）如何更好地设计结构体

• 让占⽤空间⼩的成员尽量集中在⼀起（既满⾜对⻬，⼜要节省空间）

（4）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。

三、结构体传参

（1）结论

• 结构体传参的时候，要传结构体的地址

（2）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。

四、结构体实现位段

（1）什么是位段

①概念

• 位段是基于结构的，位段的声明与结构类似
• 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。
• 位段的成员名后边有⼀个冒号和⼀个数字。
• ：后的数字，代表分配了几个比特位

②示例

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

• 在VS中，int类型开辟4个字节，char类型开辟1个字节，每个字节内部从右往左使用，如果剩余字节数不够下一个成员使用就浪费

③目的

• 位段的使用是为了节省空间

（2）位段的内存分配

• 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。

（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：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。

（4）位段使用的注意事项

• 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。
• 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。