💕大家好好我是沐曦希💕
结构体
1.前言
前面学到了C语言中的内置类型：char,int…
C语言中还有一种类型是自定义类型，其中包括了结构体，联合体和枚举。
那么今天来学习自定义类型中的结构体类型。
2.结构体的声明
2.1 结构的基础知识
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。
结构体和数组很相似，都是集合。不过数组是一组相同类型的元素的集合，而结构体的每个成员可以是不同类型的。
2.2 结构体的声明
struct tag//tag是结构体的标签
{
member - list;//结构体的成员列表
}variable - list;//结构体的变量的列表
例如运用结构体描述一个学生：
struct Stu
{
//结构体成员
char name[20];//名字
int age;//年龄
char sex[10];//性别
int id[20];//学号
};//分号一定不能丢
以上代码是一个结构体类型，不占内存，相当于一个图纸作用。
2.3 特殊的声明
在声明结构的时候，可以不完全的声明。
例如：
//匿名结构体--缺少结构体的标签
struct
{
int a;
char b;
float c;
}x;
struct
{
int a;
char b;
float c;
}a[20], * p;
//a[20]表示可以存放20个这样的结构体变量
//*p表示结构体类型的指针变量
匿名结构体只能使用一次，因为无法使用来定义一个结构体变量。
上面的两个结构在声明的时候省略掉了结构体标签（tag）。
p = &x;//error不合法的
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。
2.4 结构体的自引用
数据结构是数据在内存中的存储结构，有线性，和树形（二叉树）。
其中线性又分为顺序表和链表。
其中顺序表是数据在内存中连续存放的，通过找到第一个数据就可以找到后面的数据。
但是链表的数据不是连续存放的，那么就需要通过上一个数据能找到下一个数据，那么这是后可以通过结构体的自引用
但是，下列结构体的自引用是错误的：
#include<stdio.h>
struct Node
{
int data;
struct Node next;
};
int main()
{
printf("%d\n", sizeof(struct Node));//error
return 0;
}
正确表示链表的结构体自引用：
struct Node
{
int data;
struct Node* next;
};
此时把结构体分为了数组域和指针域。
注意：
//代码3
typedef struct
{
int data;
Node* next;
}Node;
//这样写代码，可行否？//不可以的
//解决方案：
typedef struct Node
{
int data;
struct Node* next;
}Node;
Node n1;//结构体变量
struct Node n2;//结构体变量
typedef struct Node
{
int data;
struct Node* next;
}* linklist;
//相当于
typedf struct Node* linklist;
2.5 结构体变量的定义和初始化
有了结构体类型，那如何定义变量，其实很简单。
struct Point
{
int x;
int y;
}p1; //声明类型的同时定义变量p1
struct Point p2; //定义结构体变量p2
//初始化：定义变量的同时赋初值。
struct Point p3 = { x, y };
struct Stu //类型声明
{
char name[15];//名字
int age; //年龄
};
struct Stu s = { "zhangsan", 20 };//初始化
struct Node
{
int data;
struct Point p;
struct Node* next;
}n1 = { 10, {4,5}, NULL }; //结构体嵌套初始化
struct Node n2 = { 20, {5, 6}, NULL };//结构体嵌套初始化
结构体的使用：
#include<stdio.h>
struct Score
{
int n;
char ch;
};
struct Stu
{
char name[20];
int age;
struct Score s;
};
int main()
{
struct Stu s1 = { "zhangsan",20,{100,'q'} };
printf("%s %d %d %c\n", s1.name, s1.age, s1.s.n, s1.s.ch);
return 0;
}
2.6 结构体内存对齐
那么来到了结构体中重点的知识点：内存对齐。
想要知道结构体的大小，就不得不了解内存对齐。
例如：
#include<stdio.h>
struct S1
{
char c1;
int i;
char c2;
};
struct S2
{
char c1;
char c2;
int i;
};
int main()
{
printf("%d\n", sizeof(struct S1));
printf("%d\n", sizeof(struct S2));
return 0;
}
结构体s1和s2成员一样，那大小一样吗？s1由两个char类型成员变量和一个int类型变量组合而成的结构体，那么s1和s2的大小是6个字节吗？
答案是：否定的。
对齐规则
1.第一个成员在与结构体变量偏移量为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。
3. 对齐数 = 编译器默认的一个对齐数 与 该成员大小的较小值。
4.其中VS默认对齐数是8，其他编译器并没有默认，即在其他编译器下结构体的对齐数是该成员大小。
5.结构体总大小为最大对齐数（每个成员变量都有一个对齐数）的整数倍。
6.如果嵌套了结构体的情况，嵌套的结构体对齐到自己的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（含嵌套结构体的对齐数）的整数倍。
代码一
//code1
struct S1
{
char c1;//1
int i;//4
char c2;//1
}s1;
1.根据对起规则知c1存放在偏移量为0处。占用一个字节即0.
2.因为int类型为4个字节小于8，那么该成员i的对齐数是4，即i要存放在4的倍数的偏移量处，即存放在偏移量为4处。占用了四个字节即4~7
3.因为char类型为1个字节小于8，那么该成员i的对齐数是1，即i要存放在1的倍数的偏移量处，即存放在偏移量为8处。占用一个字节即8。
4.计算上面的字节数为9，不是该结构体总大小为最大对齐数4的倍数，那么要继续增加到12，那么结构体的大小就是12。
可以通过offsetof（宏）来查看
offsetof (type,member)
验证:
#include<stdio.h>
#include<stddef.h>
struct S1
{
char c1;
int i;
char c2;
};
int main()
{
printf("%u\n", offsetof(struct S1,c1));
printf("%u\n", offsetof(struct S1,i));
printf("%u\n", offsetof(struct S1,c2));
return 0;
}
代码二
//code2
struct S2
{
char c1;
char c2;
int i;
};
1.根据对起规则知c1存放在偏移量为0处。占用一个字节即0.
2.因为char类型为1个字节小于8，那么该成员i的对齐数是1，即i要存放在1的倍数的偏移量处，即存放在偏移量1处。占用一个字节即1。
3.因为int类型为4个字节小于8，那么该成员i的对齐数是4，即i要存放在4的倍数的偏移量处，即存放在偏移量为4处。占用了四个字节即4~7
4.计算上面的字节数为8，是该结构体总大小为最大对齐数4的倍数，结构体的大小就是8。
验证：
#include<stdio.h>
#include<stddef.h>
struct S2
{
char c1;
char c2;
int i;
};
int main()
{
printf("%u\n", offsetof(struct S2, c1));
printf("%u\n", offsetof(struct S2, c2));
printf("%u\n", offsetof(struct S2, i));
return 0;
}
代码三
//code3
#include<stdio.h>
struct S3
{
double d;
char c;
int i;
};
int main()
{
printf("%d\n", sizeof(struct S3));
return 0;
}
验证：
#include<stdio.h>
#include<stddef.h>
struct S3
{
double d;
char c;
int i;
};
int main()
{
struct S3 s3;
printf("%u\n", offsetof(struct S3, d));
printf("%u\n", offsetof(struct S3, c));
printf("%u\n", offsetof(struct S3, i));
return 0;
}
代码四
//code4
#include<stdio.h>
struct S3
{
double d;
char c;
int i;
};
struct S4
{
char c1;
struct S3 s3;
double d;
};
int main()
{
printf("%d\n", sizeof(struct S4));
return 0;
}
因为结构体struct S3的最大对齐数是8，故S3存放在偏移量为8的位置，而且结构体struct S3的大小为16，即8~23。故d存放在偏移量为24处。
验证：
#include<stdio.h>
#include<stddef.h>
struct S3
{
double d;
char c;
int i;
};
struct S4
{
char c1;
struct S3 s3;
double d;
};
int main()
{
printf("%u\n", offsetof(struct S4, c1));
printf("%u\n", offsetof(struct S4, s3));
printf("%u\n", offsetof(struct S4, d));
return 0;
}
为什么存在内存对齐
大部分的参考资料都是如是说的：
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。
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。
即尽量用结构体s2代替结构体s1。
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，s2浪费空间更加少。
2.7 修改默认对齐数
之前在头文件见过了 #pragma 这个预处理指令，#pragama once在头文件中使用，防止头文件被多次使用。
这里我们再次使用，可以改变我们的默认对齐数。一般修改默认对齐数都为2的倍数。
#include <stdio.h>
#pragma pack(8)//设置默认对齐数为8
struct S1
{
char c1;
int i;
char c2;
};
#pragma pack()//取消设置的默认对齐数，还原为默认
#pragma pack(1)//设置默认对齐数为1
struct S2
{
char c1;
int i;
char c2;
};
#pragma pack()//取消设置的默认对齐数，还原为默认
int main()
{
//输出的结果是什么？
printf("%d\n", sizeof(struct S1));
printf("%d\n", sizeof(struct S2));
return 0;
}
结论：
结构在对齐方式不合适的时候，我么可以自己更改默认对齐数。
2.8 结构体传参
直接看代码
#include <stdio.h>
#pragma pack(8)//设置默认对齐数为8
struct S1
{
char c1;
int i;
char c2;
};
#pragma pack()//取消设置的默认对齐数，还原为默认
#pragma pack(1)//设置默认对齐数为1
struct S2
{
char c1;
int i;
char c2;
};
#pragma pack()//取消设置的默认对齐数，还原为默认
int main()
{
printf("%d\n", sizeof(struct S1));
printf("%d\n", sizeof(struct S2));
return 0;
}
上面的 print1 和 print2 函数哪个好些？
首选函数2
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。
3.写在最后
那么这一期的自定义类型结构体的学习就到这里了，小沐会持续更新自定义类型的。
小沐打算下一期把结构体中的位段和自定类型中的联合体和枚举一并拿下，然后更新一期简单的通讯录。感兴趣的大佬，可以期待一波。
青少年是一个美好而又是一去不可再得的时期，是将来一切光明和幸福的开端。一加里宁
