前言

集成開發(fā)環(huán)境為vs2022

c語言有內置類型(char short int long flaot double long double)，也有自定義類型—結構體(struct) 枚舉(enum) 聯(lián)合體(union) 本篇幅介紹結構體

自定義類型：結構體

1.結構體類型的聲明

前?我們在學習操作符的時候，已經(jīng)學習了結構體的知識，這?稍微復習?下。

1.1 結構體回顧

結構是?些值的集合，這些值稱為成員變量。結構的每個成員可以是不同類型的變量。

1.1.1 結構的聲明

struct tag//標簽名
{
 member-list;//成員 1個或多個
}variable-list;//變量列表

例如描述?個學?：

struct Stu
{
 char name[20];//名字 
 int age;//年齡 
 char sex[5];//性別 
 char id[20];//學號 
}; //分號不能丟 

struct Book b2;//全局變量
int main()
{
 struct Book b1;//局部變量
 return 0;
}

1.1.2 結構體變量的創(chuàng)建和初始化

#include <stdio.h>
struct Stu
{
 char name[20];//名字 
 int age;//年齡 
 char sex[5];//性別 
 char id[20];//學號 
};
int main()
{
 //按照結構體成員的順序初始化 
 struct Stu s = { "張三", 20, "男", "20230818001" };
 printf("name: %s\n", s.name);
 printf("age : %d\n", s.age);
 printf("sex : %s\n", s.sex);
 printf("id : %s\n", s.id);
 //按照指定的順序初始化 
 struct Stu s2 = { .age = 18, .name = "lisi", .id = "20230818002", .sex = 
"?" };
 printf("name: %s\n", s2.name);
 printf("age : %d\n", s2.age);
 printf("sex : %s\n", s2.sex);
 printf("id : %s\n", s2.id);
 return 0;
}

1.2 結構的特殊聲明

在聲明結構的時候，可以不完全的聲明。

?如：

//匿名結構體類型 
struct//這里不寫名字
{
 int a;
 char b;
 float c;
}s;//可以在這初始化
//}s={'x',100.3.14};
int main()
{
    printf("%c %d %lf",s.c,s.i,s.d);
}

匿名結構體也可以重新命名

typedef struct
{
 char c;
 int i;
 double d;
}s;

上?的兩個結構在聲明的時候省略掉了結構體標簽（tag）。 那么問題來了？

//在上?代碼的基礎上，下?的代碼合法嗎？ 
p = &x;

警告：

編譯器會把上?的兩個聲明當成完全不同的兩個類型，所以是非法的。

匿名的結構體類型，如果沒有對結構體類型重命名的話，基本上只能使??次。

1.3 結構的自引用

在結構中包含?個類型為該結構本?的成員是否可以呢？

?如，定義?個鏈表的節(jié)點：

在這之前先講一下鏈表

數(shù)據(jù)結構–其實是數(shù)據(jù)在內存中的存儲和組織的結構 數(shù)據(jù)有多種

線性數(shù)據(jù)結構：順序表，鏈表，棧，隊列

順序表–數(shù)組

鏈表

//定義一個鏈表節(jié)點
struct Node
{
 int data;
 struct Node next;
};

上述代碼正確嗎？如果正確，那 sizeof(struct Node) 是多少？

仔細分析，其實是不?的，因為?個結構體中再包含?個同類型的結構體變量，這樣結構體變量的? ?就會?窮的?，是不合理的。

正確的?引??式：

struct Node{
 int data;//數(shù)據(jù)
 struct Node* next;//指針
};

在結構體?引?使?的過程中，夾雜了 typedef 對匿名結構體類型重命名，也容易引?問題，看看 下?的代碼，可?嗎？

typedef struct
{
 int data;
 Node* next;
}Node;

答案是不?的，因為Node是對前?的匿名結構體類型的重命名產(chǎn)?的，但是在匿名結構體內部提前使 ?Node類型來創(chuàng)建成員變量，這是不?的。

匿名結構體類型不能實現(xiàn)結構體的自引用

解決?案如下：定義結構體不要使用匿名結構體了

typedef struct Node
{
 int data;
 struct Node* next;
}Node;

//上述代碼等價于下邊代碼
struct Node
{
 int data;
 struct Node* next;
}
typedef struct Node Node;

2.結構體內存對齊

我們已經(jīng)掌握了結構體的基本使?了。

現(xiàn)在我們深?討論?個問題：計算結構體的??。

這也是?個特別熱?的考點： 結構體內存對?

2.1 對?規(guī)則

?先得掌握結構體的對?規(guī)則：

1.結構體的第1個成員對?到和結構體變量起始位置偏移量為0的地址處

2.從第2個成員變量開始，都要對?到某個對?數(shù)的整數(shù)倍的地址處。

對?數(shù)=編譯器默認的?個對?數(shù)與該成員變量??的較?值。

VS 中默認的值為 8

Linux中gcc沒有默認對?數(shù)，對?數(shù)就是成員??的??

3.結構體總大小為最大對齊數(shù)（結構體中每個成員變量都有?個對?數(shù)，所有對?數(shù)中最?的）的 整數(shù)倍。

4.如果嵌套了結構體的情況，嵌套的結構體成員對?到??的成員中最?對?數(shù)的整數(shù)

//練習1 
struct S1
{       //   默認   對齊數(shù)
 char c1;// 1 8     1
 int i;//   4 8     4
 char c2;// 1 8     1
};
printf("%d\n", sizeof(struct S1));
//練習2 
struct S2
{
 char c1;
 char c2;
 int i;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S2));
//練習3 
struct S3
{
 double d;
 char c;
 int i;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S3));
//練習4-結構體嵌套問題 
struct S4
{
 char c1;
 struct S3 s3;
 double d;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S4));

2.2 為什么存在內存對齊？

?部分的參考資料都是這樣說的：

1. 平臺原因(移植原因)：

不是所有的硬件平臺都能訪問任意地址上的任意數(shù)據(jù)的；某些硬件平臺只能在某些地址處取某些特定 類型的數(shù)據(jù)，否則拋出硬件異常。

2.性能原因

數(shù)據(jù)結構(尤其是棧)應該盡可能地在?然邊界上對?。原因在于，為了訪問未對?的內存，處理器需要 作兩次內存訪問；?對?的內存訪問僅需要?次訪問。假設?個處理器總是從內存中取8個字節(jié)，則地 址必須是8的倍數(shù)。如果我們能保證將所有的double類型的數(shù)據(jù)的地址都對?成8的倍數(shù)，那么就可以 ??個內存操作來讀或者寫值了。否則，我們可能需要執(zhí)?兩次內存訪問，因為對象可能被分放在兩 個8字節(jié)內存塊中。

總體來說：結構體的內存對?是拿空間來換取時間的做法。

例如

struct S
{
  char c;//1
  int i;//4 
};

那在設計結構體的時候，我們既要滿?對?，?要節(jié)省空間，如何做到：

讓占?空間?的成員盡量集中在?起

//例如： 
struct S1
{
 char c1;
 int i;
 char c2;
};
struct S2
{
 char c1;
 char c2;
 int i;
};

S1 和 S2 類型的成員?模?樣，但是 S1 和 S2 所占空間的??有了?些區(qū)別。

2.3 修改默認對?數(shù)

#pragma 這個預處理指令，可以改變編譯器的默認對?數(shù)。

#include <stdio.h>
#pragma pack(1)//設置默認對?數(shù)為1  一般是2的次方數(shù) linux中不能改
struct S
{
 char c1;
 int i;
 char c2;
};
#pragma pack()//取消設置的對?數(shù)，還原為默認 
int main()
{
 //輸出的結果是什么？ 6
 printf("%d\n", sizeof(struct S));
 return 0;
}

結構體在對??式不合適的時候，我們可以??更改默認對?數(shù)。

3. 結構體傳參

struct S
{
 int data[1000];//4000字節(jié)
 int num;
};
struct S s = {{1,2,3,4}, 1000};
//結構體傳參 
void print1(struct S s)//s先拷貝，占用內存很大
{
    //for循環(huán)打印數(shù)組
 printf("%d\n", s.num);
}
//結構體地址傳參 
void print2(const struct S* ps)
{
 printf("%d\n", ps->num);
 printf("%d\n",ps->data[i]);
}
int main()
{
 print1(s); //傳結構體 
 print2(&s); //傳地址 
 return 0;
}

上?的 print1 和 print2 函數(shù)哪個好些？

答案是：首選print2函數(shù)。

原因：

函數(shù)傳參的時候，參數(shù)是需要壓棧，會有時間和空間上的系統(tǒng)開銷。
如果傳遞?個結構體對象的時候，結構體過?，參數(shù)壓棧的的系統(tǒng)開銷?較?，所以會導致性能的下降。
結論：結構體傳參的時候，要傳結構體的地址。

4.結構體實現(xiàn)位段

4.1 什么是位段

位段的聲明和結構是類似的，有兩個不同：

1.位段的成員必須是 int、unsigned int 或signed int ，在C99中位段成員的類型也可以 選擇其他整型家族類型，?如：char。

2.位段的成員名后邊有?個冒號和?個數(shù)字。

?如：

struct A
{
 int _a:2;//只占兩個bit位
 int _b:5;
 int _c:10;
 int _d:30;
};

struct s
{
  int _a;//4字節(jié) 32bit 可以節(jié)省30個字節(jié)
  int _b;
  int _c;
  int _d;
    //00   0
    //01   1
    //10   2
    //11   3
}

A就是?個位段類型。

位段是專門用來節(jié)省內存的

那位段A所占內存的??是多少？

    // %zd            8字節(jié)
printf("%d\n", sizeof(struct A));//

4.2 位段的內存分配

1.位段的成員可以是 int unsigned int signed int 或者是 char 等類型

2.位段的空間上是按照需要以**4個字節(jié)（ int ）或者1個字節(jié)（ char ）**的?式來開辟的。

3.位段涉及很多不確定因素，位段是不跨平臺的，注重可移植的程序應該避免使?位段。

//?個例? 
struct S
{
  char a:3;
  char b:4;
  char c:5;
  char d:4;
};
struct S s = {0};
s.a = 10;//00001010
s.b = 12;//00001100
s.c = 3;//00000011
s.d = 4;//00000100
//空間是如何開辟的？ 

在這之前我們先要了解一下內存的使用順序

1.申請到的一塊內存中，從左向右使用，還是從右向左使用，是不確定的 vs是從右向左

2.剩余空間，不是下一個成員使用的時候，是浪費呢？還是繼續(xù)使用？ vs是浪費

4.3 位段的跨平臺問題

• int位段被當成有符號數(shù)還是?符號數(shù)是不確定的。
• 位段中最?位的數(shù)?不能確定。（16位機器最?16，32位機器最?32，寫成27，在16位機器會出問題。
• 位段中的成員在內存中從左向右分配，還是從右向左分配，標準尚未定義。
• 當?個結構包含兩個位段，第?個位段成員?較?，?法容納于第?個位段剩余的位時，是舍棄剩余的位是利?，這是不確定的。
• 總結：
• 跟結構相?，位段可以達到同樣的效果，并且可以很好的節(jié)省空間，但是有跨平臺的問題存在。

4.4 位段的應用

下圖是?絡協(xié)議中，IP數(shù)據(jù)報的格式，我們可以看到其中很多的屬性只需要?個bit位就能描述，這? 使?位段，能夠實現(xiàn)想要的效果，也節(jié)省了空間，這樣?絡傳輸?shù)臄?shù)據(jù)報??也會較??些，對?絡 的暢通是有幫助的。

4.5 位段使用的注意事項

**位段的?個成員共有同?個字節(jié)，這樣有些成員的起始位置并不是某個字節(jié)的起始位置，那么這些位置處是沒有地址的。內存中每個字節(jié)分配?個地址，?個字節(jié)內部的bit位是沒有地址的。
所以不能對位段的成員使?&操作符，這樣就不能使?scanf直接給位段的成員輸?值，**只能是先輸?放在?個變量中，然后賦值給位段的成員。

一個字節(jié)一個地址

struct A
{
 int _a : 2;
 int _b : 5;
 int _c : 10;
 int _d : 30;
};
int main()
{
 struct A sa = {0};
 scanf("%d", &sa._b);//這是錯誤的 
 //正確的?范 
 int b = 0;
 scanf("%d", &b);
 sa._b = b;
 return 0;
}

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