C语言第三十弹---自定义类型：结构体(上)

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结构体

1、结构体类型的声明

1.1、结构体回顾

1.1.1、结构的声明

1.1.2、结构体变量的创建和初始化

1.2、结构的特殊声明

1.3、结构的自引用

2、结构体内存对齐

2.1、对齐规则

编辑

总结

1、结构体类型的声明

前面我们在学习操作符的时候，已经学习了结构体的知识，这里稍微复习⼀下。

1.1、结构体回顾

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。

1.1.1、结构的声明

struct tag
{
 member-list;//成员列表
}variable-list;//全局变量列表

例如描述⼀个学生：

struct Stu
{
 char name[20];//名字
 int age;//年龄
 char sex[5];//性别
 char id[20];//学号
}; //分号不能丢

1.1.2、结构体变量的创建和初始化

#include <stdio.h>
struct Stu
{
 char name[20];//名字
 int age;//年龄
 char sex[5];//性别
 char id[20];//学号
};
int main()
{
 //按照结构体成员的顺序初始化
 struct Stu s = { "张三", 20, "男", "20230818001" };
 printf("name: %s\n", s.name);
 printf("age : %d\n", s.age);
 printf("sex : %s\n", s.sex);
 printf("id : %s\n", s.id);
 
 //按照指定的顺序初始化
 struct Stu s2 = { .age = 18, .name = "lisi", .id = "20230818002", .sex = "⼥
 printf("name: %s\n", s2.name);
 printf("age : %d\n", s2.age);
 printf("sex : %s\n", s2.sex);
 printf("id : %s\n", s2.id);
 return 0;
}

1.2、结构的特殊声明

在声明结构的时候，可以不完全的声明。

比如：

//匿名结构体类型
struct
{
 int a;
 char b;
 float c;
 }x;
struct
{
 int a;
 char b;
 float c;
}a[20], *p;

上面的两个结构在声明的时候省略掉了结构体标签（tag）。

那么问题来了？

//在上⾯代码的基础上，下⾯的代码合法吗？
p = &x;

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。

1.3、结构的自引用

在结构中包含⼀个类型为该结构本身的成员是否可以呢？

比如，定义⼀个链表的节点

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

上述代码正确吗？如果正确，那 sizeof(struct Node) 是多少？

仔细分析，其实是不行的，因为⼀个结构体中再包含⼀个同类型的结构体变量，这样结构体变量的大小就会无穷的大，是不合理的。

正确的自引用方式：

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

在结构体自引用使用的过程中，夹杂了 typedef 对匿名结构体类型重命名，也容易引入问题，看看

下面的代码，可行吗？

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

答案是不行的，因为 Node是对前面的匿名结构体类型的重命名产生的，但是在匿名结构体内部提前使用Node类型来创建成员变量，这是不行的。

解决方案如下：定义结构体不要使用匿名结构体了

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

2、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

2.1、对齐规则

首先得掌握结构体的对齐规则：

1. 结构体的第⼀个成员对齐到和结构体变量起始位置偏移量为0的地址处

2. 其他成员变量要对齐到某个数字（对齐数）的整数倍的地址处。

对齐数 = 编译器默认的⼀个对齐数与该成员变量大小的较小值。

3. 结构体总大小为最大对齐数（结构体中每个成员变量都有⼀个对齐数，所有对齐数中最大的）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齐到自己的成员中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（含嵌套结构体中成员的对齐数）的整数倍。

- VS 中默认的值为 8

- Linux中 gcc 没有默认对齐数，对齐数就是成员自身的大小

//练习1
struct S1
{
 char c1;
 int i;
 char c2;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S1));

1、根据结构体对齐的规则，结构体的第⼀个成员对齐到和结构体变量起始位置偏移量为0的地址处，即上图第一个绿色框。

2、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。对齐数 = 编译器默认的⼀个对齐数与该成员变量大小的较小值。int 类型对齐数为4，VS默认对齐数为8，因此对齐到4的整数倍，即上图橙色方框。

3、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。char 类型对齐数为1，VS默认对齐数为8，因此对齐到1的整数倍，即上图蓝色方框。

4、结构体总大小为最大对齐数（结构体中每个成员变量都有⼀个对齐数，所有对齐数中最大的）的整数倍。最大对齐数为4，此时结构体大小9不是4的倍数，因此会再在多浪费3个字节(上图x是浪费的空间)，因此大小为12字节。

//练习2
struct S2
{
 char c1;
 char c2;
 int i;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S2));

1、根据结构体对齐的规则，结构体的第⼀个成员对齐到和结构体变量起始位置偏移量为0的地址处，即上图第一个绿色框。

2、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。对齐数 = 编译器默认的⼀个对齐数与该成员变量大小的较小值。char 类型对齐数为1，VS默认对齐数为8，因此对齐到1的整数倍，即上图橙色方框。

3、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。char 类型对齐数为1，VS默认对齐数为8，因此对齐到1的整数倍，即上图蓝色方框。

4、结构体总大小为最大对齐数（结构体中每个成员变量都有⼀个对齐数，所有对齐数中最大的）的整数倍。最大对齐数为4，此时结构体大小8是4的倍数，因此大小为8字节。

//练习3
struct S3
{
 double d;
 char c;
 int i;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S3));

1、根据结构体对齐的规则，结构体的第⼀个成员对齐到和结构体变量起始位置偏移量为0的地址处，即上图第一个绿色框。

2、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。对齐数 = 编译器默认的⼀个对齐数与该成员变量大小的较小值。char 类型对齐数为1，VS默认对齐数为8，因此对齐到1的整数倍，即上图橙色方框。

3、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。int 类型对齐数为4，VS默认对齐数为8，因此对齐到4的整数倍，即上图蓝色方框。

4、结构体总大小为最大对齐数（结构体中每个成员变量都有⼀个对齐数，所有对齐数中最大的）的整数倍。最大对齐数为8，此时结构体大小16是8的倍数，因此大小为16字节。

//练习4-结构体嵌套问题
struct S4
{
 char c1;
 struct S3 s3;
 double d;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S4));

1、根据结构体对齐的规则，结构体的第⼀个成员对齐到和结构体变量起始位置偏移量为0的地址处，即上图第一个绿色框。

2、如果嵌套了结构体的情况，嵌套的结构体成员对齐到自己的成员中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（含嵌套结构体中成员的对齐数）的整数倍。

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。对齐数 = 编译器默认的⼀个对齐数与该成员变量大小的较小值。double 类型对齐数为8，VS默认对齐数为8，因此对齐到8的整数倍，即上图橙色方框。

3、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。char 类型对齐数为1，VS默认对齐数为8，因此对齐到1的整数倍，即上图蓝色方框。

4、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。int 类型对齐数为4，VS默认对齐数为8，因此对齐到4的整数倍，即上图绿色方框。

5、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。double 类型对齐数为8，VS默认对齐数为8，因此对齐到8的整数倍，即上图橙色方框。

6、结构体的整体大小就是所有最大对齐数（含嵌套结构体中成员的对齐数）的整数倍。最大对齐数为8，此时结构体大小32是8的倍数，因此大小为32字节。