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欢迎 点赞👍 收藏✨ 留言✉ 加关注💓本文由 C++忠实粉丝 原创C语言自定义类型:结构体
收录于专栏【C语言学习】
本专栏旨在分享学习C语言学习的一点学习笔记，欢迎大家在评论区交流讨论💌
目录
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 对⻬规则
示例一
示例二
示例三
示例四
2.2 为什么存在内存对⻬?
2.3 修改默认对⻬数
3. 结构体传参
3.1结构体传参
3.2结构体地址传参
4. 结构体实现位段
4.1 什么是位段
4.2 位段的内存分配
4.3 位段的跨平台问题
4.4 位段的应⽤
4.5 位段使⽤的注意事项
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。
大家也可以去C语言操作符讲解--(里面包含进制转换和原码,反码,补码)-CSDN博客自行详细查看
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;
}variable - list;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
结构体变量的创建
#include <stdio.h>
struct Stu
{
char name[20];//名字
int age;//年龄
char sex[5];//性别
char id[20];//学号
};结构体变量的初始化
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);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。(匿名结构体类型)
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。
这也是⼀个特别热⻔的考点： 结构体内存对⻬
2.1 对⻬规则
⾸先得掌握结构体的对⻬规则：
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。
示例一
struct S1
{
char c1;
int i;
char c2;
};
int main()
{
printf("%d\n", sizeof(struct S1));
return 0;
}
示例二
struct S2
{
char c1;
char c2;
int i;
};
示例三
struct S3
{
double d;
char c;
int i;
};
示例四
struct S4
{
char c1;
struct S3 s3;
double d;
};
测试样例:
2.2 为什么存在内存对⻬?
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;
};输出结果:
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。让 占⽤空间⼩的成员尽量集中在⼀起,这样我们更加节省空间.
2.3 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。
例如:
#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;
}输出结果:
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。
3. 结构体传参
3.1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);
}3.2结构体地址传参
//结构体地址传参
void print2(struct S* ps)
{
printf("%d\n", ps->num);
}上面的print1和print2函数哪个更好?
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。
4. 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。
4.1 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。
⽐如：
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？
printf("%d\n", sizeof(struct A));输出结果:
4.2 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。
比如:
struct S
{
char a : 3;
char b : 4;
char c : 5;
char d : 4;
};
int main()
{
struct S s = { 0 };
s.a = 10;
s.b = 12;
s.c = 3;
s.d = 4;
}
调式结果:
4.3 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。
4.4 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。
4.5 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;
}
