C语言自定义类型结构体与位段超详解

news2024/9/22 15:49:18

文章目录

  • 1. 结构体类型的声明
    • 1. 1 结构体声明
    • 1. 2 结构体变量的创建和初始化
    • 1. 3 结构体的特殊声明
    • 1. 3 结构体的自引用
  • 2. 结构体内存对齐
    • 2. 1 对齐规则
    • 2. 2 为什么存在内存对齐
    • 2. 3 修改默认对齐数
  • 3. 结构体传参
  • 4. 结构体实现位段
    • 4. 1 什么是位段
    • 4. 2 位段成员的内存分配
    • 4. 3 位段的跨平台问题
    • 4. 4 位段的使用
    • 4. 5 位段使用的注意事项

1. 结构体类型的声明

1. 1 结构体声明

格式如下：

struct tag
{
	member - list;//结构成员，可以不止一个
}variable - list;//在这里可以直接创建结构体变量，可以用逗号隔开来创建多个，不能初始化

例如描述一个学生：

struct student	//这个结构体的名称
{	//以下是结构成员
	char name[20];	//姓名
	char sex[5];	//性别
	int age;		//年龄
	char id[10];	//学号
}A, B;				//声明结构体时创建了学生A和B，注意分号不能丢

进行声明时，还可以使用 typedef 进行重命名：

typedef struct student
{
	char name[20];
	char sex[5];
	int age;
	char id[10];
}ST;//之后创建结构体变量时，就可以将 ST 作为类型使用了，注意这样就无法在声明结构体时创建变量了

1. 2 结构体变量的创建和初始化

除了在声明时创建变量，还可以像创建int等其他变量一样创建并初始化结构体变量。

#include<stdio.h>

struct student
{
	char name[20];
	char sex[5];
	int age;
	char id[10];
}A, B;

void Print(struct student S)
{
	printf("%s %s %d %s\n", S.name, S.sex, S.age, S.id);
}

int main()
{	
	//按照定义顺序初始化
	struct student s1 = { "张三","man",15,"122111" };
	Print(s1);
	//按照指定顺序初始化
	struct student s2 = { .age = 18,.id = "454541",.name = "fhvyxyci",.sex = "man" };
	Print(s2);
	return 0;
}

1. 3 结构体的特殊声明

//匿名结构体变量
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。

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;

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（使用 typedef ）重命名的话，基本上只能使用一次。

1. 3 结构体的自引用

1. 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（一种数据结构）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;//这里放上一个指针，就合理多了
};

2. 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：定义结构体不要使用匿名结构体。

typedef struct Node
{
	int data;
	struct Node* next;//这里要使用没有重命名的名字
}Node;

2. 结构体内存对齐

2. 1 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. 其他成员变量要对产到某个数字(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 该成员变量大小的最大值的较小值。
    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
  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。

来做几个练习巩固一下：
练习一：

#include<stdio.h>
struct S1
{
	char c1;
	int i;
	char c2;
};
int main()
{
	printf("%zd\n", sizeof(struct S1));
	return 0;
}

首先 c1：根据对齐规则1，c1占1个字节，和结构体处于同一个地址。
然后 i ：根据对齐规则2，i需要对齐到相对结构体地址的偏移量为4的位置，所以i的起始地址相对结构体是4，目前结构体大小为8。
然后c2：占一个字节，结构体大小直接+1（任何偏移量都是1的倍数，所以不需要额外偏移）。
最后，根据对齐规则3， 对齐数 = 编译器默认的一个对齐数 （以VS为例，8）与 该成员变量大小的最大值的较小值，这里显然对齐数是4，因此9的下一个对齐数的倍数是12，所以结构体的大小是12。

图解：
图解

输出结果：
输出结果

代码二：

#include<stdio.h>

struct S2
{
	char c1;
	char c2;
	int i;
};

int main()
{
	printf("%zd\n", sizeof(struct S2));
	return 0;
}

c1不比多说，来看c2：char类型的大小是1，任何偏移量都一定是1的倍数，所以到了c2，结构体的大小是2。
接着看i：int变量的大小是4，2后面的最小的4的倍数是4，所以此时结构体的大小是8。
最后对齐数也是4，所以结构体的大小就是8。

图解：
图解
输出结果：
输出结果
代码三：

#include<stdio.h>

struct S3
{
	double d;
	char c;
	int i;
};

int main()
{
	printf("%zd\n", sizeof(struct S3));
	return 0;
}

首先d：double 类型为8个字节。
然后c：结构体大小+1。
然后i：9后面第一个4的倍数是12，所以从12开始向后+4。
最后对齐数：对齐数 = 编译器默认的一个对齐数 （8）与 该成员变量最大值的较小值（8），所以对齐数是8，最终大小就是16。

图解：
图解
运行结果：
运行结果
；练习四：

//结构体嵌套问题
#include<stdio.h>
struct S3
{
	double d;
	char c;
	int i;
};

struct S4
{
	char c1;
	struct S3 s3;
	double d;
};

int main()
{
	printf("%zd\n", sizeof(struct S4));
	return 0;
}

c1不再赘述，来看这个 s3:
s3的对齐数是8，所以s3的偏移量为8，上面我们已经算出了S3的大小是16，所以现在S4的大小是24。
因为24是8的倍数，所以d就再向后找8个地址，是32。
S4的偏移量是S4中所有除了S3以外的元素和S3的所有成员的大小中的最大值与默认对齐数8之间的较小值，是8，所以S4的大小是32。

图解：
图解
输出结果：
输出结果

2. 2 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齐。原因在于，为了访问未对齐的内存，处理器需要作两次内存访问，而对齐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齐成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：结构体的内存对齐是拿空间来换取时间的做法。

那在设计结构体的时候，我们既要满足对齐，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;
};

经过上面的计算，你会发现虽然这两个结构体的成员一样，但是大小却差的很多。

2. 3 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齐数。

#include <stdio.h>
#pragma pack(1)//设置默认对齐数为1
struct S
{
	char c1;
	int i;
	char c2;
};
#pragma pack()//取消设置的对齐数，还原为默认
int main()
{
	//输出的结果是什么？
	printf("%zd\n", sizeof(struct S));
	return 0;
}

结果是6：
结果
说明对齐数是在结构体声明时计算的，而不是调用时。

尽管使用场景可能比较少，但是在对齐方式不合适的时候，我们可以自己更改默认对齐数。

3. 结构体传参

#include<stdio.h>
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;
}

上面的 print1 和 print2 函数哪个好些?
答案是：首选print2函数。
原因:
函数传参的时候，参数是需要压栈（可以理解为拷贝实参到形参），会有时间和空间上的系统开销。
传递一个结构体对象，结构体过大，参数压栈的的系统开销就大，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

4. 1 什么是位段

位段的声明和结构是类似的，但是有两个不同：

  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？

是8。
我们来了解一下。

4. 2 位段成员的内存分配

位段的成员可以是 int unsigned int signed int 或者是 char 等类型
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。
位段涉及很多不确定因素（比如上一行），位段是不跨平台的，注重可移植的程序应该避免使用位段。

//一个例子
#include<stdio.h>
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;
	//空间是如何开辟的？
	return 0;
}

在VS上是这样开辟的：每个字节从右向左使用，如果下一个位段成员比较大，就舍弃该字节中剩下的比特位去开辟新的字节。
VS
那么上面的那个8字节也就很好分析出来了。

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 位段的使用

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比特位就能描述，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。
IP数据报

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，一个字节内部的比特位是没有地址的。
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，只能先输入放在一个变量中，然后赋值给位段的成员。

#include<stdio.h>

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;
}

如果喜欢这篇博客的话不妨顺手点个赞，收藏，评论，关注！
我会持续更新更多优质文章！！

本文来自互联网用户投稿，该文观点仅代表作者本人，不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务，不拥有所有权，不承担相关法律责任。如若转载，请注明出处：http://www.coloradmin.cn/o/1972298.html

如若内容造成侵权/违法违规/事实不符，请联系多彩编程网进行投诉反馈，一经查实，立即删除！

相关文章

centos7 中安装 mysql 8.x以及对数据库的管理（数据库、表的增删改查、插入删除数据）

centos7 中安装 mysql 8.x以及对数据库的管理（数据库、表的增删改查、插入删除数据）

Day 16 centos7 中安装 mysql 8.x 1.下载安装包 [rootmysql~]#wget https://downloads.mysql.com/archives/get/p/23/file/mysql-8.0.33-1.el7.x86_64.rpm-bundle.tar 2.解压 tar -xf mysql-8.0.33-1.el7.x86_64.rpm-bundle.tar [rootmysql ~]# ls anaconda-ks.cfg mys…
阅读更多...
美业收银系统【客户管理】的重要作用｜美业门店管理系统Java源码、系统演示

美业收银系统【客户管理】的重要作用｜美业门店管理系统Java源码、系统演示

美业系统中的客户管理功能可以起到多种作用&#xff0c;包括但不限于以下几点&#xff1a; 1.客户档案管理&#xff1a; 记录客户的个人信息、偏好、消费记录等&#xff0c;便于了解客户需求&#xff0c;提供个性化的服务和推荐。 2.预约和排队管理&#xff1a; 帮助美业从…
阅读更多...
探索Netty框架的核心构件

探索Netty框架的核心构件

Netty是一个高性能、异步事件驱动的网络应用程序框架&#xff0c;用于快速开发可维护的高性能、高可靠性的网络服务器和客户端程序。本文将深入探讨Netty框架的基本组件&#xff0c;帮助开发者更好地理解和使用这一强大的工具。 1. 事件循环&#xff08;EventLoop&#xff09;…
阅读更多...
告别繁琐，AI助你轻松制作PPT！2024四大工具推荐

告别繁琐，AI助你轻松制作PPT！2024四大工具推荐

PPT是现代商务和教育领域中不可或缺的工具。然而&#xff0c;制作一份高质量的PPT往往需要花费大量的时间和精力。AI PPT制作工具的出现可以很好地解决这一问题。下面为大家推荐几个AI PPT制作工具。 笔灵AIPPT&#xff1a;智能设计&#xff0c;一键生成 链接&#xff1a;htt…
阅读更多...
Stable Diffusion绘画 | 文生图设置详解（二）

Stable Diffusion绘画 | 文生图设置详解（二）

提示词引导系统&#xff08;CFG Scale&#xff09; 这里的参数&#xff0c;是用来控制 SD 是否严格按照输入的提示词来生成画面 CFG值越小&#xff0c;对 SD 的约束程度就越低&#xff0c;AI 会加入更多想法&#x1f4a1;&#xff0c;CFG7是一个平衡值 CFG值越大&#xff0c;对…
阅读更多...
STL——栈和队列和优先队列

STL——栈和队列和优先队列

栈和队列和优先队列 概述std&#xff1a;&#xff1a;堆栈核心函数和操作成员函数示例注意事项 std&#xff1a;&#xff1a;队列核心函数和操作成员函数示例注意事项 std&#xff1a;&#xff1a;优先队列底层实现原理效率分析deque双端队列原理块结构&#xff1a;指针管理&am…
阅读更多...
【Pytorch】一文向您详细介绍 torch.sign()

【Pytorch】一文向您详细介绍 torch.sign()

&#x1f389;&#x1f9e0;**【Pytorch】一文向您详细介绍 torch.sign()** 下滑即可查看博客内容 &#x1f308; 欢迎莅临我的个人主页 &#x1f448;这里是我静心耕耘深度学习领域、真诚分享知识与智慧的小天地&#xff01;&#x1f387; &#x1f393; 博主简介&#xff…
阅读更多...
Java高级

Java高级

类变量/静态变量package com.study.static_; 通过static关键词声明,是该类所有对象共享的对象,任何一个该类的对象去访问他的时候,取到的都是相同的词,同样任何一个该类的对象去修改,所修改的也是同一个对象. 如何定义及访问? 遵循相关访问权限 访问修饰符 static 数据类型…
阅读更多...
Day3

Day3

首先是模板语句的学习。 在学习之前&#xff0c;我们得搞清楚为什么要学它以及学它有什么用。 Django模板语句&#xff0c;使得网页内容可以动态地从数据库中加载&#xff0c;而不是静态地写在HTML文件中。这样&#xff0c;当你需要更新网站信息时&#xff0c;只需更改模板或…
阅读更多...
【Spark计算引擎----第二篇（RDD）：一篇文章带你清楚什么是RDD？RDD的概念，RDD的特性，怎么创建一个RDD，RDD的算子】

【Spark计算引擎----第二篇（RDD）：一篇文章带你清楚什么是RDD？RDD的概念，RDD的特性，怎么创建一个RDD，RDD的算子】

前言&#xff1a; &#x1f49e;&#x1f49e;大家好&#xff0c;我是书生♡&#xff0c;本阶段和大家一起分享和探索大数据技术Spark—RDD&#xff0c;本篇文章主要讲述了&#xff1a;RDD的概念&#xff0c;RDD的特性&#xff0c;怎么创建一个RDD&#xff0c;RDD的算子等等。欢…
阅读更多...
第三十一天 chrome调试工具

第三十一天 chrome调试工具

打开调试工具 页面空白处右击 检查 或者F12 使用调试工具 ctrl滚轮改变代码大小 左边是html 右边是css css可以直接改动数值左右箭头或者直接输入 查看颜色 ctrl0 复原浏览器大小 点击元素右侧出现样式引入 没有的话 说明类名或者样式引用错误 这里的.new-left是存在的 如果类…
阅读更多...
OpenStack；异构算力网络架构；算力服务与交易技术；服务编排与调度技术

OpenStack；异构算力网络架构；算力服务与交易技术；服务编排与调度技术

目录 OpenStack 一、OpenStack概述 二、OpenStack的主要组件及功能 三、OpenStack的架构 四、OpenStack的应用场景 异构算力网络架构 算力服务与交易技术 服务编排与调度技术 OpenStack 是一个开源的云计算管理平台项目，由NASA（美国国家航空航天局）和Rackspace合作…
阅读更多...
数学建模评价类模型—层次分析法（无数据情况下）

数学建模评价类模型—层次分析法（无数据情况下）

文章目录 前言一、pandas是什么&#xff1f;二、使用步骤 1.引入库2.读入数据总结 前言 本文将讲解解决评价类问题的第一种模型层次分析法&#xff08;AHP法&#xff09;&#xff0c;首先我们会具体讲解评价类问题解答的具体流程再对AHP方法进行讲解 一、评价类问题概述 评价…
阅读更多...
DB管理客户端navicat、DBever、DbVisualizer数据库连接信息迁移

DB管理客户端navicat、DBever、DbVisualizer数据库连接信息迁移

DB管理客户端Navicat、DBever、DbVisualizer数据库连接信息迁移 第三方数据库连接工具为了确保数据库信息安全通常对保存的数据库连接密码进行加密&#xff0c;填入后想再拿到原文就不可能了&#xff0c;有时交接给别人或者换电脑时可以通过连接数据导出的方式来解决。 Navic…
阅读更多...
echarts 极坐标柱状图 如何定义柱子颜色

echarts 极坐标柱状图 如何定义柱子颜色

目录 echarts 极坐标柱状图 如何定义柱子颜色问题描述方式一 在 series 数组中定义颜色方式二 通过 colorBy 和 color 属性配合使用 echarts 极坐标柱状图 如何定义柱子颜色 本文将分享在使用 echarts 的 极坐标柱状图 时&#xff0c;如何自定义柱子的颜色。问题本身并不难解决…
阅读更多...
URL中的中文编码与解码

URL中的中文编码与解码

URL在传输时只能使用ACSII码表示&#xff0c;且ASCII码只有128位&#xff0c;无法存储汉字等字符&#xff0c;因此对于这些非ASCII码字符需要进行编码处理&#xff0c;以保证URL的完整性 Python中urllib.parse模块提供了两个方法quote和unquote可用于URL中的中文编码与解码 以…
阅读更多...
全网最强Docker教程 | 万字长文爆肝Docker教程

全网最强Docker教程 | 万字长文爆肝Docker教程

Docker 官方文档地址:https://www.docker.com/get-started 中文参考手册:https://docker_practice.gitee.io/zh-cn/ 1.什么是 Docker 1.1 官方定义 最新官网首页 # 1.官方介绍 - We have a complete container solution for you - no matter who you are and where you ar…
阅读更多...
攻防世界-MISC-心仪的公司-wireshark流量分析

攻防世界-MISC-心仪的公司-wireshark流量分析

心仪的公司 下载后发现是wireshark文件&#xff0c;打开&#xff1a; 源Ip为192.168.1.111 筛选指令&#xff1a; tcp contains"shell" && ip.src192.168.1.111 筛选http流同样能得到flag&#xff1a;
阅读更多...
Python兼职接单全攻略：掌握技能，拓宽收入渠道

Python兼职接单全攻略：掌握技能，拓宽收入渠道

引言 随着Python在数据处理、Web开发、自动化办公、爬虫技术等多个领域的广泛应用&#xff0c;越来越多的人开始利用Python技能进行兼职接单&#xff0c;以此拓宽收入渠道。本文将详细介绍Python兼职接单的注意事项、所需技能水平、常见单子类型、接单途径及平台&#xff0c;帮…
阅读更多...
一文读懂企业数字化涉及的四种架构：业务架构、应用架构、技术架构、数据架构

一文读懂企业数字化涉及的四种架构：业务架构、应用架构、技术架构、数据架构

在当今数字化转型的时代&#xff0c;企业面临着前所未有的挑战与机遇。为了应对这些变化&#xff0c;构建一套高效、灵活且可扩展的企业级架构变得尤为重要。本文将详细介绍 业务架构、应用架构、技术架构 和 数据架构&#xff0c;并结合实际案例进行阐述&#xff0c;帮助读者更…
阅读更多...
推荐文章
最新文章

Copyright @ 2022~2023