C语言系列文章之 struct

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结构体,怎么理解?

你可以把它想象成一个桌面上的文件夹,这个文件夹里面可以有各种各样的文件,当然也还可以再有文件夹的存在,文件夹里面再放文件……。如果你要修改其中一个文件的内容,就是首先通过桌面上的那个文件夹作为入口,然后一个一个的进入文件夹去寻找你需要的文件,找到之后就可以随你修改了。

**long、unsigned int 、short、char(相当于各种文件类型,比如 .txt、.c、.h)**这些关键字是否很熟悉?这都是 C 语言定义好的数据类型,直接拿来用就行了。但是我想自定义一个别的类型的数据怎么办?

就靠 struct 了。结构体,顾名思义,就是将一个个数据类型构成一个数据类型以方便使用。

比如说一个 24 位的像素,有 R、G、B 三种颜色,每种颜色都用 8 bit 表示,如果使用一般的方法怎么表示呢?看图:
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这样表示当然没有问题,也能解决你的需求,但是你在使用的时候会发现,通常他们使用场合一样,只是有的时候需要使用 Red 值,有的时候需要 Green,有的时候可能又要 Blue,但它们的共同点是都是用来表示一个像素的,那么有没有办法把这些数据类型组合起来方便调用呢?当然有,就是今天的主角,struct。

我们先看看使用 struct 如何表示一个像素:
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Pixel 中文表示像素,这样就通过这个结构体将三个数据结合在一起了(用文件夹装在一起),并且这个新组合的数据类型就叫 Pixel,和 int、char 等类似。

那么我们如何像使用 int、char 一样定义一个代表像素的数据类型呢?

就是通过 struct + 结构体名 定义了。
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这里定义了两个像素,每个像素下都有 Red、Green、Blue 这三个字节数据,也就是说共有六个字节的空间:
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那么对于这些数据如何使用呢?比如说要设置 Red=100,Green=120,Blue=210:
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这样就行了,是不是很简单呢!如果你的 MDK 开启了输入补充功能,那么写这些代码就更容易了:
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可以看到你在敲完 Pixel1. 的圆点后,结构体的成员立马出来了,这时候你就能自己选择哪一个成员了,是不是很方便呢。不然一个结构体那么多成员,怎么记得住啊。

如果你用这个结构体数据类型定义了一个结构体指针,那么就通过 -> 箭头调用,相当方便的。
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而且如果你想对整个结构体进行赋值也是很方便的事情:
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这样一条语句就将三个成员变量的值进行了修改,和通过关键字定义的变量并没什么区别。

但还有一点,每次定义一个结构体变量都要敲 struct 关键字还是很麻烦的事情,所以这个时候可以使用 typedef 这个关键字了:
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这样声明之后,每次要定义一个新的 Pixel 结构体,只要使用 Pixel 就行了,而不必加入 struct 来声明这是一个结构体。而为了让自己知道这是一个自己定义的数据类型,一般会在名称后面加 _t 或者 TypeDef 等。比如 GPIO 结构体:
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并且结构体(文件夹)里面还可以套结构体(文件夹),被套的结构体里面也可能有结构体……。不仅能套结构体,指针、联合体、枚举、数组(各种文件)也都是一样的,而常规的 char、int 等更不用说了,完全按你的心意随意组合就是了(比如上面的结构体套了 uint16_t 和 两个结构体)。
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这些数据类型都可以通过结构体形成一个数据结构类型,是不是感觉特别方便啊。小项目可能结构体用的不多,但是大项目如果不用结构体,那么操作数据类型是一件很麻烦的事情,所以一定要学会使用结构体。

当然了,套用的结构体多了,对运行效率还是有一些影响的,对一些性能要求比较高的地方可以不用结构体,或者通过一些方法提高效率,不然你套的深了,寻找其中的成员变量还是需要不少指令消耗的,这一点需要引起注意。另外,编译器为了优化读写效率,可能会对数据类型进行填充:
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这个存储空间应该是 1+1+1+4 = 7,但是实际上是 8 (你可以通过 sizeof() 测试),就是因为 STM32 的处理字长为 4 个字节,是最快的读写长度,所以对变量 Reserve 进行了 4 字节对齐。它的存放位置如下:

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当然这个是可以通过对齐方式进行修改的,但最好不要,因为这样会降低读写效率,除非是那种定义好的通信协议,那没办法,只能改了(这个坑千万要注意)。

有的时候可能需要获取结构体的偏移地址,此时就可用通过以下方法获取:

结构体偏移量计算宏(非常规方法):

#define OFFSET(TYPE, MEMBER) ((unsigned long)(&(((TYPE *)0)->MEMBER)))

比如说要获取 Green 在结构体 Pixel 的偏移地址,就可以通过上面的宏进行计算:

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Offset 的结果就是 1,因为前一个 Red 共占用了一个字节空间,所以它的偏移地址就是 1。

最后再看看结构体的初始化,就是对成员变量顺序初始化:

struct xxxx xxx = {xxxxx, xxxxx, xxxxx};

而在 C99 模式下可以使用以下方式对结构体进行初始化,这样就能方便的观察每一个变量的初始值:

struct xxxx xxx = {.x1 = xxxxx,.x2 = xxxxx,.x3 = xxxxx};

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