C语言自定义类型：结构体

结构体简介：

c语言里int 、float、double、等等类型来表示一个对象，但有时也有未能表达的对象，比如表示一个人的类型，这个类型里有人的身高、体重、年龄等等，这就需要很多个类型来拼凑，这就很不方便。于是，c语言就提供了一个新的自定义类型结构体，可以由自己的需求定义，它是由基本类型组成（可以是不同类型，也可以是相同类型）是一个集合，比如，一个结构体里可以有int、floa、char、int[num]等等，他和数组一样都是一个集合，但不同的是数组只能由相同类型的数据构成，结构体可以有不同的类型构成。

结构体的声明：

1.每一个结构体成员后面必须有一个；(分号),注意这个分号是不能省略的

2.结构体的成员最少一个，不可以一个成员也没有

像上面这种定义就是错误的

3.末尾有一个分号，也不能去掉

举例：

struct Stu
{
	char name[20];//姓名
	int age;      //年龄
	char sex[5];  //性别
	char id[20];  //学号
};  //注意分号不能掉

结构体成员访问操作符:

. 操作符: 结构体变量 . 成员名

->操作符: 结构体指针->成员名

结构体变量的创建和初始化:

结构体变量的创建

结构体变量的创建和其他数据类型一样，类型+变量名（正常创建），但不同的是他也可以在定义的时候就创建

结构体变量的创建可以在定义的时候就创建

正常创建

结构体变量的初始化（可以在创建的时候初始化，使用初始化列表），可以按照顺序初始化，也可以使用操作符指定初始化

按照顺序初始化

#include <stdio.h>
struct Stu
{
	char name[20];
	int age;
	char sex[5];
	char id[20];
};
int main()
{
	struct Stu _stu = { "wang",18,"man",202415789 };

	return 0;
}

指定初始化（使用初始化列表）

struct Stu
{
	char name[20];
	int age;
	char sex[5];
	char id[20];
};
int main()
{
	struct Stu _stu = { .age = 18,.id = "21456",.name = "wang",.sex = "man" };

	
	return 0;
}

初始化注意点

关于基本类型可以直接使用=操作符，可以不使用初始化列表

对于数组，不能直接向上面这样初始化

上面这两种初始化方法都是错误的：

第一个拿到的是数组id首元素的地址，数组的地址是一个常量地址，他的定义是（数组元素类型）int* const ,const加在*号的后面修饰，修饰的是指针本身（不是指针指向的对象），指针本身不能被改变。

第二种有两个错误，首先拿到的是数组的第20个元素位置，char（字符类型），而"wang"是一个字符串类型，把一个字符串类型赋值给一个字符类型，这属于类型不匹配错误。其次，数组的长度为20，第一个下标为0，最后一个下标为19，数组的下标范围为0-19，没有20下标，这属于数组越界错误，访问了不属于你空间的数据。

结构体的特殊声明（匿名声明）

如图，上面这种代码并没有结构体类型名，但一样可以创建变量，这种声明的方式叫匿名申明，是合法的。

如图，上面代码有错误吗？虽然两个结构体的匿名申明是合法的，并前结构体成员也是一模一样，但其实编译器会把这两种结构体认为是两个不同的类型。因为是匿名申明，所以编译器也不知道，所以就会自动认为这是两种不同的类型。

匿名申明一般的使用场景是只使用一次，他只能申明的时候创建变量，因为他没有结构体类型名，使用很局限。

结构体的自引用

结构体不能自己包含自己

看上去很像递归，但其实大错特错，自己包含自己，又不像递归有限制条件，那他的的内存多大呢？无限大吗？所以这是不合法的。

像这种可以（顺序表），它包含了一个自己类型的指针，指针的大小为4/8，所以他是合法的。

结构体的重命名

在申明的时候可以进行重命名，这样子在创建变量的时候就很方便。

上面的代码是非法的，因为编译器在翻译代码是顺序执行的，所以在申明的时候就不能使用（c语言不能，但是c++中可以，因为c++中升级成了类）

结构体内存（内存对齐）

结构体的内存计算，并不只是简单的成员变量内存相加，而是有一个对齐规则，为了高效读取。

内存对齐

对齐知识

偏移量：结构体中的某个成员相对于结构体其实地址的字节偏移量，偏移量从0开始，规定第一个成员对齐到偏移量为0的地址处

对齐数：编译器中默认的默认对齐数与该成员变量大小的较小值，默认对齐数一般看架构32位/64位，每一个成员变量都有一个自己的对齐数，所以对齐数有最大和最小概念之分。

vs中32位，默认对齐数是4字节，64位下则是8字节，这和机器传输的线数有关。拿32位机器举例：32位机器可看作成由32根线组成，由32根线传输数据，32位即32bit,一共4个字节，所以一次可以传输4个字节（这里不代表只能读取4个字节，（理论上）也可以读取1个字节，这里是拿空间换时间，为了效率），所以把默认对齐数设置成为4个字节，可以使得读取数据时最高效。

Linux下的gcc编译器没有默认对齐数

对齐规则

对齐规则分为成员对齐和结构体整体对齐

成员对齐：规定第一个成员对齐到偏移量为0的地址处，其他成员对齐到对齐数的整数倍地址处

结构其整齐对齐：结构体的内存大小必须为最大对齐数的整数倍（每一个成员变量都有一个自己的对齐数）

如图（）

如下分析

这里浪费了2个字节，是拿空间换时间

为什么存在内存对齐

平台原因

不是所有的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

上面也提到过，是拿空间换时间，数据结构（尤其是栈），应该尽可能的在自然边界上对齐。原因在于，为了访问未对齐的内存，处理器需要做两次的内存访问；而对齐的内存仅需要一次访问。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读或者写值了。否则，我们可能需要执行两此内存访问，因为对象可能被分放在两个8字节的内存块中。

以下是vs中的32位机器演示，默认对齐数为4字节

修改默认对齐数( 预处理指令)

如果你不想浪费空间，也可以修改默认对齐数，但效率可能会下降

#pragma pack(num) 修改默认对齐数为num

#pragma pack() 还原为默认对齐数

#include <stdio.h>
int main()
{
	
#pragma pack(1)//设置默认对齐数为1
	struct C
	{
		char c1;
		int i;
		char c2;
	}_s2;
#pragma pack()//还原为默认对其数
	struct S
	{
		char c1;
		int i;
		char c2;
	}_s1;
	printf("%zd\n", sizeof(_s2));
	printf("%zd\n", sizeof(_s1));

	return 0;
}

建议修改默认对齐数尽量为2的倍数，为了效率的保障

结构体传参

#include <stdio.h>
//结构体传参
struct S
{
	int data[1000];
	int num;
}s = { {1,2,3,4},1000 };


//结构体传参 
void print1(struct S s)
{
	printf("%zd\n", s.num);
}
void print2(struct S* ps)
{
	printf("%zd\n", ps->num);
}

int main()
{
	print1(s);
	print2(&s);

	return 0;
}

上面这个代码，那个函数效率更好，肯定是print2。

从效率看：print1使用结构体传参，会给形参开辟一块S类型结构大小的内存空间，在拷贝赋值，而print2函数，则是开辟一块4/8字节的内存，用一个结构体指针接受变量s地址，直接访问结构体变量s。

从功能看：传结构体能做的事，指针肯定能做，但指针能做的事，传结构体未必能做，传指针可以改边实参，但传一个结构体就做不到。

总结，结构体在传参的时候可以优先考虑结构体指针传参