C语言之结构体详解
文章目录
- C语言之结构体详解
- 1. 结构体类型的声明
- 2. 结构体变量的创建和初始化
- 3. 结构体的特殊声明
- 4. 结构体的自引用
- 结构体的自引用
- 匿名结构体的自引用
- 5. 结构体内存对齐
- 5.1 练习一
- 5.2 练习三
- 6. 为什么存在内存对⻬?
1. 结构体类型的声明
struct tag
{
member-list;
}variable-list;
结构体标签：tag
结构体类型：struct tag
成员列表：member-list
结构体变量列表：variable-list
例如：
struct Stu
{
char name[20];
int age;
float score;
};//分号不能丢
2. 结构体变量的创建和初始化
#include <stdio.h>
struct Stu
{
char name[20];
int age;
float score;
}s1;
int main()
{
//按照顺序初始化
struct Stu s2 = { "zhangsan",18,90.1f };
printf("%s %d %.2f\n", s2.name, s2.age, s2.score);
//按照指定顺序初始化
struct Stu s3 = { .score = 82.4f,.name = "zhangsan",.age = 20 };
printf("%s %d %.2f\n", s3.name, s3.age, s3.score);
return 0;
}
在结构体创建的时候，在变量列表创建的变量是全局变量，s1也就是全局变量
struct Stu 为结构体类型，和int创建变量一样(int n = 0;)，struct Stu s2创建结构体变量
结构体变量在赋值的时候需要加上大括号，再根据成员列表的顺序，输入对应的值
结构体变量初始化的时候，也可以不按顺序初始化，这时候就需要用到 ( . )结构体访问操作符
3. 结构体的特殊声明
在声明结构体的时候，可以不完全声明
#include <stdio.h>
struct
{
char a;
int b;
}x;
struct
{
char x;
int y;
}*p;
int main()
{
p = &x;
return 0;
}
上述两个结构体声明省去了结构体标签（tag）
在对第一个结构体变量取地址的时候，就会报警告
编译器会将上面声明的两个结构体当成两个不同类型的类型，所以是非法的 匿名的结构体，如果没有对结构体重命名的话，基本上只能使用一次
重命名如下：
#include <stdio.h>
typedef struct
{
char x;
int y;
}S;
int main()
{
S s1 = { 1,2 };
return 0;
}
使用typedef关键字将匿名结构体重命名为S
4. 结构体的自引用
结构体的自引用
代码一：
struct Node
{
int data;
struct Node next;
};
上述代码结构体的自引用是错误的，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：
struct Node
{
int data;//数据域 存放数据
struct Node *next;//指针域 存放下一个数据的地址
};
由于指针的大小是固定的，在32位平台下，为4字节，在64为平台下，为8字节，这样就确保了结构体变量的大小
在内存中，有些数据不是连续存放的，要想找到下一个数据，可以使用指针的方式
匿名结构体的自引用
typedef struct
{
int data;
Node* next;
}Node;
匿名结构体的自引用是不可行的，虽然使用typedef关键字重命名了匿名结构体，但是在重命名之前，Node是在重命名之后才产生的，但是在Node产生之前就已经使用Node创建了结构体指针变量，这是不行的
5. 结构体内存对齐
⾸先得掌握结构体的对⻬规则：
- 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
- 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
- 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。 - 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。
5.1 练习一
#include <stdio.h>
struct s1
{
char c1;
char c2;
int i;
};
struct s2
{
char c1;
int i;
char c2;
};
int main()
{
printf("struct s1 = %zd\n", sizeof(struct s1));
printf("struct s2 = %zd\n", sizeof(struct s2));
return 0;
}
代码运行结果如下:>
struct s1 = 8
struct s2 = 12
解释：
struct s1 = 8
- 结构体的第一个成员是 char c1; 会放在偏移量为0的位置，第一个字节，当对于自己偏移量就是0，所以只占一格
- 结构体的第二个成员是 char c2; char 为1个字节，在VS中默认的对齐数为8，取较小值 1，同时在偏移量中找到1的整数倍，也就是偏移量为1的位置，所以占一个字节
- 结构体的第三个成员是 int i; int 为4个字节，相对于默认值8，取较小值4，同时在偏移量中找到4的整数倍，跳过偏移量2 3 找到4，同时int 占四个字节，所以占4个字节
- 总共占了8个字节，在结构体中的对齐数有1 1 4，取最大值4，判断现在是否为最大对齐数4的整数倍
- 最终struct s1的大小为8个字节
struct s2 = 12
- 结构体的第一个成员是 char c1; 会放在偏移量为0的位置，第一个字节，当对于自己偏移量就是0，所以只占一格
- 结构体中的第二个成员是 int i; int 为4个字节，和默认对齐数8相比，取较小值4，在偏移量中找到4的整数倍，跳过1 2 3 ，找到偏移量为4的位置，int 为4个字节，所以占4格
- 结构体中的第三个成员是char c2; char 为1个字节，和默认对齐数8相比，取较小值1，在偏移量中找到1的整数倍，也就是偏移量为8的位置，char占一格
- 总共占了9个字节，相比结构体中的对齐数，1 1 4，取最大对齐数4，判断是否为整数倍，不是则取整数倍，也就是12字节，所以结构体的大小为12字节
5.2 练习三
#include <stdio.h>
struct S3
{
double d;
char c;
int i;
};
struct S4
{
char c1;
struct S3 s3;
double d;
};
int main()
{
printf("struct s4 = %zd\n", sizeof(struct S4));
return 0;
}
代码运行结果:>
struct s4 = 32
解释：
按照练习一的方法得出struct S3 的大小为16
struct S4
结构体嵌套时，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，上述代码中在S4中嵌套了一个S3，计算S3的偏移量使用的是S3中最大的对齐数，也就是8字节
- char会放在偏移量为0的位置，也就是一个字节
- 嵌套的结构体最大对齐数为8，和默认数一致，取偏移量为8的整数倍，也就是在8的位置，S3结构体的大小为16个字节，所以占16格
- double占8个字节，和默认对齐数一致，取偏移量为8的整数倍，也就是在24的位置，占8个字节
- 总共占了32个字节，S4中的最大对齐数为8字节，是8的整数倍
- 所以struct S4的大小为32个字节
6. 为什么存在内存对⻬?
- 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。 - 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。
平台原因：在C语言没有明确规定int类型的数据是无符号还是有符号的，这取决于编译器，不同的编译器会有不同的解释
性能原因：结构体的内存对⻬是拿空间来换取时间的做法
TIPS：在设计结构体的时候，我们既要满⾜对⻬，⼜要节省空间，可以将占用空间小的成员尽量聚集在一块
例如：
struct s1
{
char c1;
char c2;
int i;
};
struct s2
{
char c1;
int i;
char c2;
};
相比较于s2，s1的占用空间较小一点
