自定义类型：结构体进阶学习分享

前言

结构体在C语言中具有重要的意义。它不仅可以封装和组织数据，还可以提供抽象和封装的能力，方便数据的传递和操作，提高代码的可读性和可维护性，是C语言中常用的数据类型之一。本篇博客将详细介绍相关知识。

1 结构体的基础知识

在结构体初阶我们以及详细介绍过了有关结构体的基础。

结构是一些值的集合，这些值被称为成员变量。结构的每一个成员可以是不同类型的变量。

2 结构的声明

struct tag
{
    
    
	member-list;
}variabe-list;

例如描述一个学生：

struct Stu
{
    
    
	char name[20];//名字
	int age;//年龄
	char sex[5];//性别
	char id[20];//学号
};

3 特殊声明

在声明结构体的时候，可以不完全声明。（匿名结构体声明）
比如：

//匿名结构体
struct
{
    
    
	int a;
	char b;
	float c;
}x;
struct
{
    
    
	int a;
	char b;
	float c;
}*px;

上面的两个结构在声明的时候省略掉了结构体标签（tag）。
那问题来了？

//在上面代码的基础上，下面的代码合法吗？
px = &x;

警告：

• 编译器会将上面的两个声明当成完全不同的两个类型。所以是非法的。

4 结构的自引用

在结构中包含一个类型为该结构本身的成员是否可以呢？

struct Node//err,比如计算其大小sizeof(struct Node)时，大小是不确定的
{
    
    
	int date;
	struct Node next;
};

//正确的自引用方法
struct Node
{
    
    
	int date;
	struct Node* next ;
};

注意： 上面结构体类型有时过于冗杂，我们可以采用重命名。

//我们知道结构体可以匿名。那是否可以重命名呢？
//答案是否定的。
//例如下面这段代码，结构体中的Node* next变量还没有创建成功，结构体不是完整的，因此不可重命名
typedef struct//err
{
    
    
	int date;
	Node* next;
}Node;

//正确使用
typedef struct Node
{
    
    
	int date;
	struct Node* next;
}Node;

5 结构体变量的定义和初始化

有了结构体类型，那如何定义和初始化呢？其实很简单。

struct Stu	//声明类型
{
    
    
	char name[15];//名字
	int age;//年龄
};
struct Stu s = {
    
     "zhangsan",20 };//初始化

struct Point
{
    
    
	int x;
	int y;
};
struct Node
{
    
    
	int date;
	struct Point p;
	struct Node* next;
}n1 = {
    
     10, {
    
    4,5}, NULL };//结构体嵌套初始化

6 结构体内存对齐

接下来我们将介绍一个热门考点：结构体内存对齐
结构体内存对齐规则：

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。
对齐数 = 编译器默认的一个对齐数与该成员大小的 较小值 。
。vs默认的值为8
。Linux中没有默认对齐数，对齐数就是成员自身的大小
3. 结构体的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。
4. 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。

6.1 计算结构体大小相关笔试题（基于VS）

笔试题一：

#include <stdio.h>

struct S1
{
    
    
	char c1;//对齐到偏移量为0处
	int i;//int占4个字节，VS默认对齐数为8；所以对齐数为最小值：4字节
		  //所以int对齐到偏移量为4后在向后移动4个字节即为。该位置即是int在内存中占据的空间
	char c2;//同理char的对齐数为1。在int后移动一个字节即可。
};
//上述结构体struct S1共占据9个字节，而结构体的大小必须是最大对齐数4（本题中，对齐数分别为1，4，1）的整数倍
//所以结构体还需向内存申请3个字节空间大小，及总大小为12字节。

struct S2
{
    
    
	char c1;//第一个变量成员对齐到偏移量为0处
	char c2; //该变量对齐数为1（char为1byte, VS默认为9byte，取最小值）
			 //即在变量c1后申请1字节即可
	int i;//该变量对齐数为4（int为4byte, VS默认为9byte，取最小值）
		  //所以变量i对齐到偏移量为4处，在向后申请4个字节即可。
};
 //到此结构体总共向内存申请了8byte, 为最大对齐数4（本题中三个变量对齐数分别为：1，1，4）的整数倍。
 //所以该结构体的最终大小为8
 
int main()
{
    
    
	printf("%d\n", sizeof(struct S1));
	printf("%d\n", sizeof(struct S2));
	return 0;
}

运行结果：

—————————————————————————————————————

笔试题二：

struct S3
{
    
    
	double d;//第一个成员变量对齐到偏移量为0处，在向后申请8字节（double大小为8）
	char c;//该成员变量对齐数为1（char为1byte，VS默认对齐数为8，取最小值）
		   //所以变量对齐到偏移量为8处，向后申请1byte
	int i;//该成员变量对齐数为4（int为4byte，VS默认对齐数为8，取最小值）
		  //所以该变量首先要对齐到偏移量为12的位置（必须对齐到4的整数倍处），在向后申请4个字节
};
//到此该结构体向内存共申请了16字节，为最大对齐数8的整数倍
//所以该结构体的最终大小为16byte

struct S4
{
    
    
	char c1;//第一个成员变量对齐到偏移量为0处，在向后申请1字节（char大小为1）
	struct S3 s3;//嵌套结构体，结构体要对齐到自己最大对齐数8（上面已经求得最大对齐数为：8）的整数倍处。即该成员变量对齐到偏移量为8出，在向后申请16字节（上面已经求出其大小16byte）
	double d;//该成员变量对齐数为8（double为8byte，VS默认对齐数为8，取最小值）
		     //上述两个变量总共为24个字节，所以该成员变量从偏移量为24（刚好为8得整数倍）开始，在向后申请8字节
};
//到此该结构体总共占据32个字节空间，为最大对齐数8（上述3个成员变量对齐数分别为：1，8，8）的整数倍。
//所以最终该结构体总大小为32byte

int main()
{
    
    
	printf("%d\n", sizeof(struct S3));
	printf("%d\n", sizeof(struct S4));
	return 0;
}

运行结果：

6.2 为什么存在内存对齐？

大部分参考资料是这么说的：

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，某些硬件平台只能在某些地址处去某些特定类型的数据，否则抛出硬件异常。
2. 性能原因
结构数据（尤其是栈）应尽可能地在自然边界上对齐。
原因在于为了访问未对其的内存，处理器需要作两次内存访问；而对齐的内存仅需要一次访问。

总的来说：

结构体的内存对齐是拿空间来换时间的做法。

6.3 如何设计结构体减少空间

在设计结构体时，我们既要满足对齐，又要节省空间，如何做到呢？

我们前面已经见过这段代码：

struct S1
{
    
    
	char c1;
	int i;
	char c2;
};
struct S2
{
    
    
	char c1;
	char c2; 
	int i;
}
int main()
{
    
    
	printf("%d\n", sizeof(struct S3));//12
	printf("%d\n", sizeof(struct S4));//8
	return 0;
}

S1和S2类型的成员一模一样，但是S1和S2所占据的空间大小有一些区别。我们可以得到：

• 在设计结构体时，尽量让占用空间小的成员尽量集中在一起，从而节省空间。

1.7 修改默然对齐数

#pragma这个预处理指令可以被用来修改我们的默认对齐数。

#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()//取消默认对齐数

#pragma pack(1)//设置默认对齐数为1
struct S2
{
    
    
	char c1;
	int i;
	char c2;
};
#pragma pack()//取消默认对齐数

int main()
{
    
    
	printf("%d\n", sizeof(struct S1));
	printf("%d\n", sizeof(struct S2));
	return 0;
}

运行结果：

总结：

• 结构在对齐方式不合适说的时候，我们可以自己更改默认对齐数。

8. 结构体传参

直接上代码：

#include <stdio.h>
struct S
{
    
    
	int date[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* s)
{
    
    
	printf("%d\n", s->num);
}

int main()
{
    
    
	print1(s);
	print2(&s);
	return 0;
}

上面print1和print2函数那个更好？
答案是：首选print2函数。
原因：

函数传参的时候，参数是需要压栈的，会有时间和空间上的开销。
如果传递一个结构体对象的时候，结构体过大，参数压栈的系统开销比较大，所以会导致性能的下降。

结论：

结构体传参时，要传结构体指针。

9. 结尾

本篇博客到此就结束了。传作不易，如果对你有帮助记得三连哦！感谢您的支持！！！