结构体
一 结构体数据类型的三种定义方式
1.1 先定义类型，再定义变量（推荐）
1.2 定义类型的同时定义变量
1.3 定义一次性结构体
1.4 注意事项
1. struct是结构体关键字；
2. stu是结构体类型名；
3. num，name，age是结构体中的成员；
4. 定义结构体类型的时候，不要给成员赋值；
5. 定义结构体类型的时候，并没有分配内存空间，所以不要给成员赋值；
6. 结构体中的成员拥有独立的内存空间；
struct stu
{
int num;
char name[32];
int age;
};
struct stu andy,tony;
二 结构体变量的初始化
初始化的顺序必须和结构体成员的顺序一致
[root@ansible9 ~]# cat test.c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
struct stu
{
int num;
char name[32];
int age;
};
struct stu andy={200,"andy",18};
int main(int arg, char *argv[])
{
printf("%d\n",andy.num);
printf("%s\n",andy.name);
printf("%d\n",andy.age);
}
[root@ansible9 ~]# gcc test.c
[root@ansible9 ~]# ./a.out
200
andy
18
三 结构体变量成员值的清0（用memset）
[root@ansible9 ~]# cat test.c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
struct stu
{
int num;
char name[32];
int age;
};
int main(int arg, char *argv[])
{
struct stu andy={200,"andy",18};
memset(&andy,0,(int)sizeof(struct stu));
printf("%d\n",andy.num);
printf("%s\n",andy.name);
printf("%d\n",andy.age);
}
[root@ansible9 ~]# ./a.out
0
0
四 结构体变量的成员从键盘获取值
[root@ansible9 ~]# cat test.c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
struct stu
{
int num;
char name[32];
int age;
};
int main(int arg, char *argv[])
{
struct stu andy;
memset(&andy,0,(int)sizeof(struct stu));
printf("请输入num name age\n");
scanf("%d %s %d",&andy.num,andy.name,&andy.age);
printf("%d\n",andy.num);
printf("%s\n",andy.name);
printf("%d\n",andy.age);
}
[root@ansible9 ~]# gcc test.c
[root@ansible9 ~]# ./a.out
请输入num name age
100 tony 38
100
tony
38
五 相同结构体类型的变量之间赋值
5.1 一个成员一个成员逐个赋值
5.2 用=整体赋值
5.3 用memcpy内存数据直接拷贝赋值
六 结构体数组
6.1 结构体数组的初始化
七 定义一个结构体数组，从键盘为每个数组元素的每个成员赋值
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
struct stu
{
int num;
char name[32];
int age;
};
int main(int arg, char *argv[])
{
struct stu arr[5];
//清空数组
memset(arr,0,(int)sizeof(arr));
//数组元素个数n
int n=(int)sizeof(arr) / (int)sizeof(arr[0]);
int i=0;
printf("请输入%d个学生的信息：\n",n);
for(i=0;i<n;i++)
{
scanf("%d %s %d",&arr[i].num,arr[i].name,&arr[i].age);
}
}
八 结构体指针
8.1 定义一个结构体指针
1. 先定义一个指针变量： *p
2. 再定义一个指针变量要指向的变量，即结构体变量： struct stu a
3. 从上到下替换： struct stu *p
8.2 用运算符. 或运算符-> 取结构体变量成员的值
8.2.1 普通结构体变量用运算符. 来获取成员的值
8.2.2 结构体变量的地址用运算符->来获取成员的值
九 结构体的内存对齐
9.1 问题来源
struct data
{
char c;
int i;
}
由于32位的cpu一次性读取4字节内存数据。所以对于上面的结构体，有两种内存排列方式，每种方式cpu读取结构体成员的读取次数不同：
方式一：
cpu读取变量c时，需要一个cpu周期，提取0x01 0x02 0x03 0x04, 只要0x01
cpu读取变量i时，需要两个cpu周期：
第一周期： 提取0x01 0x02 0x03 0x04, 只要0x02 0x03 0x04
第二周期： 提取0x05 0x06 0x07 0x08, 只要0x05
方式二：
cpu读取变量c时，需要一个cpu周期，提取0x01 0x02 0x03 0x04, 只要0x01
cpu读取变量i时，需要一个cpu周期：提取0x05 0x06 0x07 0x08, 四字节全要
总结：方法二是用内存空间换了cpu的执行时间
9.2 结构体的默认对齐规则
规则：
1. 确定分配单位：每一行应该分配的字节数，他由结构体中最大的基本数据类型的长度决定；
2. 确定成员的起始位置的偏移量：成员的基本类型的整数（0-n）倍;
3. 收尾工作：结构体总大小=分配单位的整数倍；
9.2.1 例子1
struct data
{
char c;
int i;
};
- 分配单位： 4字节
- 确定各个成员的起始位置偏移量
[root@ansible9 ~]# cat test.c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
struct data
{
char c;
int i;
};
struct data d;
int main(int arg, char *argv[])
{
printf("结构体变量的起始地址：%u\n",&d);
printf("结构体变量所占内存大小:%d\n",(int)sizeof(d));
printf("成员c的起始地址: %u\n",&d.c);
printf("成员i的起始地址: %u\n",&d.i);
}
[root@ansible9 ~]# ./a.out
结构体变量的起始地址：6295600
结构体变量所占内存大小:8
成员c的起始地址: 6295600
成员i的起始地址: 6295604
9.2.2 例子2
struct data
{
int a;
char b;
short c;
char d;
};
- 分配单位： 4字节
- 确定各个成员的起始位置偏移量
[root@ansible9 ~]# cat test.c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
typedef struct
{
int a;
char b;
short c;
char d;
} DATA;
DATA data;
int main(int arg, char *argv[])
{
printf("结构体变量的起始地址：%u\n",&data);
printf("结构体变量所占内存大小:%d\n",(int)sizeof(data));
printf("成员a的起始地址: %u\n",&data.a);
printf("成员b的起始地址: %u\n",&data.b);
printf("成员c的起始地址: %u\n",&data.c);
printf("成员d的起始地址: %u\n",&data.d);
}
[root@ansible9 ~]# gcc test.c
[root@ansible9 ~]# ./a.out
结构体变量的起始地址：6295600
结构体变量所占内存大小:12
成员a的起始地址: 6295600
成员b的起始地址: 6295604
成员c的起始地址: 6295606
成员d的起始地址: 6295608
9.2.3 例子3
struct data
{
char a;
short b;
short c;
int d;
char e;
};
- 分配单位： 4字节
- 确定各个成员的起始位置偏移量
[root@ansible9 ~]# cat test.c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
typedef struct
{
char a;
short b;
short c;
int d;
char e;
} DATA;
DATA data;
int main(int arg, char *argv[])
{
printf("结构体变量的起始地址：%u\n",&data);
printf("结构体变量所占内存大小:%d\n",(int)sizeof(data));
printf("成员a的起始地址: %u\n",&data.a);
printf("成员b的起始地址: %u\n",&data.b);
printf("成员c的起始地址: %u\n",&data.c);
printf("成员d的起始地址: %u\n",&data.d);
printf("成员e的起始地址: %u\n",&data.e);
}
[root@ansible9 ~]# gcc test.c
[root@ansible9 ~]# ./a.out
结构体变量的起始地址：6295616
结构体变量所占内存大小:16
成员a的起始地址: 6295616
成员b的起始地址: 6295618
成员c的起始地址: 6295620
成员d的起始地址: 6295624
成员e的起始地址: 6295628
十 结构体嵌套结构体
十一 结构体嵌套结构体的默认内存对齐
对齐规则：
1. 确定分配单位：每一行应该分配的字节数，由所有的结构体中最大的基本类型长度决定；
2. 确定成员的偏移量=自身类型的整数（0-n）倍：
2.1 普通成员的偏移量=自身类型的整数（0-n）倍
2.2 结构体类型成员的偏移量=这个结构体中最大的基本类型的长度的整数（0-n）倍
2.3 被嵌套的结构体的成员的偏移量是相对于被嵌套的结构体的
3. 收尾工作：结构体的总大小=分配单位的整数倍
被嵌套结构体的总大小=被嵌套的结构体里面最大的基本数据类型的整数倍
typedef struct
{
short d;
char e;
} DATA2;
typedef struct
{
short a;
int b;
DATA2 c;
char f;
} DATA1
- 分配单位：4字节
- 确定成员的偏移量：a的偏移量，b的，c的，d的，e的，f的
[root@ansible9 ~]# cat test.c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
typedef struct
{
short d;
char e;
} DATA2;
typedef struct
{
short a;
int b;
DATA2 c;
char f;
} DATA1;
DATA1 data;
int main(int arg, char *argv[])
{
printf("一共%d字节\n",(int)sizeof(DATA1));
printf("a的地址%u\n",&data.a);
printf("b的地址%u\n",&data.b);
printf("c的地址%u\n",&data.c);
printf("d的地址%u\n",&data.c.d);
printf("e的地址%u\n",&data.c.e);
printf("f的地址%u\n",&data.f);
}
[root@ansible9 ~]# gcc test.c
[root@ansible9 ~]# ./a.out
一共16字节
a的地址6295616
b的地址6295620
c的地址6295624
d的地址6295624
e的地址6295626
f的地址6295628
十二 强制类型对齐
在源码的最上方写#pragma pack (value)
强制对齐规则：
1. 确定分配单位：min(value,默认分配单位)
2. 成员偏移量=min(value,成员自身类型字节数) 的整数（0-n）倍
3. 收尾工作=分配单位的整数（0-n）倍
例子：
[root@ansible9 ~]# cat test.c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#pragma pack(2)
typedef struct
{
char a;
int b;
short c;
} DATA1;
DATA1 data;
int main(int arg, char *argv[])
{
printf("一共%d字节\n",(int)sizeof(DATA1));
printf("a的地址%u\n",&data.a);
printf("b的地址%u\n",&data.b);
printf("c的地址%u\n",&data.c);
}
[root@ansible9 ~]# gcc test.c
[root@ansible9 ~]# ./a.out
一共8字节
a的地址6295600
b的地址6295602
c的地址6295606
十三 位段
- 信息在计算机中存储长度一般以字节为单位；
- 有时不必用1字节，只需要1位或几位；
13.1 结构体中的位段
1. C语言在结构体中以位为单位来指定成员所占内存大小，以位为单位的成员称为位段或位域；
2. 一般用unsigned int或unsigned char两种类型做位段；
3. 排在前面的位段放内存低位；
4. 相邻位段可以压缩；
5. 段位不能取地址
13.2 无意义的位段（占位而不用）
13.3 位段的应用场景
13.4 另起一个位段
