C语言之结构体

news2025/2/28 20:16:17

一.前言引入.

我们知道在C语言中有内置类型，如：整型，浮点型等。但是只有这些内置类 型还是不够的，假设我想描述学⽣，描述⼀本书，这时单⼀的内置类型是不⾏的。描述⼀个学⽣需要名字、年龄、学号、⾝⾼、体重等；描述⼀本书需要作者、出版社、定价等。C语⾔为了解决这个问 题，增加了结构体，共用体等⾃定义的数据类型，让程序员可以⾃⼰创造适合的类型。今天我们来讲讲结构体。

二.结构体介绍.

定义：结构体是⼀些值的集合，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，如： 标量、数组、指针，甚⾄是其他结构体。

结构体的声明：

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

例如：描述一个学生

struct Student
{
	char name[20];//名字
	int age;//年龄
	char sex[5];//性别
	char id[15];//学号
}s1;//s1为全局变量
int main()
{
	struct Student s2;//局部变量
	return 0;
}

结构体特殊声明：

在声明结构的时候，可以不完全的声明 
//在声明结构的时候，可以不完全的声明,即匿名结构体类型
struct
{
	int a;
	char b;
	float c;
}s1;

请判断下面代码是否正确：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <stdio.h>
//在声明结构的时候，可以不完全的声明,即匿名结构体类型
struct
{
	int a;
	char b;
	float c;
}s1;
struct
{
	int a;
	char b;
	float c;
}s2[20], * p;
int main()
{
	p = &s1;
	return 0;
}
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。
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

结构体变量的定义：

struct Point
{
	int x; int y;
}s1;//结构体变量的定义
struct Point s2;//结构体变量的定义
int main()
{
	struct Point s3;//结构体变量的定义
	return 0;
}

结构体变量的初始化：

struct Stu
{
	char name[20];
	int age;
};
int main()
{
	struct Stu s1 = { "zhangsan",18 };///结构体变量初始化	
	return 0;
}

 镶嵌初始化：

struct Point
{
	int x;
	int y;
};
struct Stu
{
	char name[20];
	int age;
	struct Point s2;
};
int main()
{
	struct Stu s1 = { "zhangsan",18,{2,3} };///结构体变量镶嵌初始化	
	return 0;
}

三.结构成员访问操作符.

3.1.结构体成员的直接访问

使⽤⽅式：结构体变量.成员名

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. 
struct Point
{
	int x;
	int y;
}s1 = {3,5};
int main()
{
	struct Point s2 = { 2,4 };
	printf("%d %d\n", s1.x, s1.y);
	printf("%d %d\n", s2.x, s2.y);
	return 0;
}

3.2.结构体成员的间接访问

使⽤⽅式：结构体指针->成员名

有时候我们得到的不是⼀个结构体变量，⽽是得到了⼀个指向结构体的指针.

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <stdio.h>
struct Point
{
	int x;
	int y;
}s1 = { 3,5 };
int main()
{
	struct Point s2 = { 2,3 };
	struct Point* pi1 = &s1;
	struct Point* pi2 = &s2;
	printf("%d %d\n", pi1->x, pi1->y);
	printf("%d %d\n", pi2->x, pi2->y);
	pi1->x = 10;
	pi1->y = 20;
	printf("%d %d\n", pi1->x, pi1->y);
	return 0;
}

综合使用结构体用例：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <stdio.h>
#include <string.h>
struct Stu
{
	char name[10];
	int age;
};
void Print(struct Stu s2)
{
	printf("%s %d\n", s2.name, s2.age);
}
void Set(struct Stu* s3)
{
	s3->age = 15;
	strcpy(s3->name, "李四");
}
int main()
{
	struct Stu s1 = { "zhangsan",18 };
	Print(s1);
	Set(&s1);
	Print(s1);
	return 0;
}

结果：

四.结构体的⾃引⽤.

五.结构体的内存对齐.

计算结构体的⼤⼩

例如：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <stdio.h>
#include <string.h>
struct s1
{
	char a;
	int b;
	char c;
};
struct s2
{
	char a;
	char b;
	int c;
};
int main()
{
	printf("%zd\n", sizeof(struct s1));
	printf("%zd\n", sizeof(struct s2));

	return 0;
}

如果我给你一份这样的代码，请问你认为结果如何呢？两者一样吗？

答案如下：

和你想的一样吗？

如果不一样，不妨来看看我的解读：

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

例题1：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <stdio.h>
struct s1
{
	//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
	char a;//对齐偏移量为0位置处，char一个字节
	//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。  
	//对齐数VS 中默认的值为 8 
	char b;//对齐偏移量为1位置处，char一个字节，即 1 8 1（第一个为成员变量的对齐数，第二个为VS对齐数，第三个为该行对齐数）
	int c;//对齐偏移量为4位置处，int四个字节，即 4 8 4
};	
int main()
{
	//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,即1 1 4 8 ->8
	printf("%zd\n", sizeof(struct s1));//结果为8
	return 0;
}

结果为：

例题二：

struct s2
{
	//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
	char a;//对齐偏移量为0位置处，char一个字节
	//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。  
	//对齐数VS 中默认的值为 8 
	int b;//对齐偏移量为4位置处,四个字节，int: 4 8 4（第一个为成员变量的对齐数，第二个为VS对齐数，第三个为该行对齐数）
	char c;//对齐偏移量为9位置处，char 1个字节；1 8 1
	
};
int main()
{
	//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,即1 4 1  ->4的整数倍为12(原来的数据已经达到偏移量为9了）
	printf("%zd\n", sizeof(struct s2));//结果为12
	return 0;
}

结果：

例题三：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <stdio.h>
struct s3
{
	//下面简写
	//前三个为成员大小 VS大小 该行大小，偏移量的位置
	double d;//8 8 8,0-7
	char c;//1 8 1,8
	int i;//4 8 4.12-15
};
int main()
{
	printf("%zd\n", sizeof(struct s3));//结果8 1 4->8 15->16
	return 0;
}

结果：

例题四：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <stdio.h>
练习4-结构体嵌套问题
struct s3
{
	//下面简写
	//前三个为成员大小 VS大小 该行大小，偏移量的位置
	double d;
	char c;
	int i;
};
struct s4
{
	char c1;//1 8 1,0
	//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
	struct s3 a;//16 8 8,8-23
	double d;//8 8 8,24-31
};
int main()
{
	printf("%zd\n", sizeof(struct s4));//1 16 8->16 31->32
	return 0;
}

你是否想过这样一个问题，为什么存在内存对⻬呢?
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。
那在设计结构体的时候，我们既要满⾜对⻬，⼜要节省空间，
重点：如何做到： 让占⽤空间⼩的成员尽量集中在⼀起！！！
重点：如何做到： 让占⽤空间⼩的成员尽量集中在⼀起！！！
重点：如何做到： 让占⽤空间⼩的成员尽量集中在⼀起！！！

说三遍！

相信你现在一定会开头的那题了！

那么我们可以自己设置对齐数吗？答案是当然可以啦！

#pragma 这个预处理指令，可以改变编译器的默认对⻬数
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <stdio.h>
#pragma pack(1)
练习4-结构体嵌套问题
struct s3
{
	//下面简写
	//前三个为成员大小 VS大小 该行大小，偏移量的位置
	double d;
	char c;
	int i;
};
struct s4
{
	char c1;//1 8 1,0
	//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
	struct s3 a;//16 8 8,8-23
	double d;//8 8 8,24-31
};
int main()
{
	printf("%zd\n", sizeof(struct s4));//1 16 8->16 31->32
	return 0;
}

修改之后结果为：

#pragma pack()//取消设置的对⻬数，还原为默认

这样，当结构体在对⻬⽅式不合适的时候，我们可以⾃⼰更改默认对齐数。

六.结构体传参和对比

1.传数据

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <stdio.h>
struct S
{
	int data[1000];
	int num;
};
void Print(struct S s1)
{
	printf("%d\n", s1.num);
}
int main()
{
	struct S s1 = { {1,2,3,4}, 1000 };
	Print(s1);
	return 0;
}

结果：

2.传地址

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <stdio.h>
struct S
{
	int data[1000];
	int num;
};
void Print(struct S* s1)
{
	printf("%d\n", s1->num);
}
int main()
{
	struct S s1 = { {1,2,3,4}, 1000 };
	Print(&s1);
	return 0;
}

结果：

对比两者，你认为哪个好呢？

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。

最后，学习进步！！！

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