目录
自定义类型：结构体
结构体类型的声明
结构体变量的创建和初始化
结构的特殊声明
结构的自引用
结构体内存对齐
对其规则
为什么存在内存对齐？
修改默认对⻬数
结构体传参
结构体实现位段
位段的内存分配
位段的跨平台问题
位段的应用
位段使⽤的注意事项
自定义类型：结构体
结构体类型的声明
- 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。
struct tag { int member; }variable;
- 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
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; }
结构的特殊声明
- 在声明结构的时候，可以不完全的声明。
//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）。
//在上⾯代码的基础上，下⾯的代码合法吗？ p = &x;
- 警告：
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？
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;
结构体内存对齐
对其规则
- ⾸先得掌握结构体的对⻬规则：
//练习1 struct S1 { char c1; int i; char c2; }; int main() { printf("%d\n", sizeof(struct S1)); return 0; }
//练习2 struct S2 { char c1; char c2; int i; }; int main() { printf("%d\n", sizeof(struct S2)); return 0; }
//练习3 struct S3 { double d; char c; int i; }; int main() { printf("%d\n", sizeof(struct S3)); return 0; }
struct S3 { double d; char c; int i; }; //练习4-结构体嵌套问题 struct S4 { char c1; struct S3 s3; double d; }; int main() { printf("%d\n", sizeof(struct S4)); return 0; }
为什么存在内存对齐？
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，如何做到 让占⽤空间⼩的成员尽量集中在⼀起//例如： struct S1 { char c1; int i; char c2; }; struct S2 { char c1; char c2; int i; };S1 和 S2 类型的成员⼀模⼀样，但是 S1 和 S2 所占空间的⼤⼩有了⼀些区别。
修改默认对⻬数
#pragma 这个预处理指令，可以改变编译器的默认对⻬数。#include <stdio.h> #pragma pack(1)//设置默认对⻬数为1 struct S { char c1; int i; char c2; }; #pragma pack()//取消设置的对⻬数，还原为默认 int main() { //输出的结果是什么？ printf("%d\n", sizeof(struct S)); return 0; }
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⻬数。
结构体传参
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; }
结构体实现位段
- 结构体讲完就得讲讲结构体实现位段的能⼒
struct A { int _a : 2; int _b : 5; int _c : 10; int _d : 30; };A就是⼀个位段类型。那位段A所占内存的⼤⼩是多少？struct A { int _a : 2; int _b : 5; int _c : 10; int _d : 30; }; int main() { printf("%d\n", sizeof(struct A)); return 0; }
位段的内存分配
//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？
位段的跨平台问题
1. int 位段被当成有符号数还是符号数是不确定的。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。
位段的应用
下图是⽹络协议中，IP数据报的格式，我们可以看到其中很多的属性只需要⼏个bit位就能描述，这⾥使⽤位段，能够实现想要的效果，也节省了空间，这样⽹络传输的数据报⼤⼩也会较⼩⼀些，对⽹络的畅通是有帮助的。
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。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。struct A { int _a : 2; int _b : 5; int _c : 10; int _d : 30; }; int main() { struct A sa = { 0 }; scanf("%d", &sa._b);//这是错误的 //正确的⽰范 int b = 0; scanf("%d", &b); sa._b = b; return 0; }
