C语言之结构体详解

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](#1. 结构体类型的声明)
    • [2. 结构体变量的创建和初始化](#2. 结构体变量的创建和初始化)
    • [3. 结构体的特殊声明](#3. 结构体的特殊声明)
    • [4. 结构体的自引用](#4. 结构体的自引用)
    • [5. 结构体内存对齐](#5. 结构体内存对齐)
      • [5.1 练习一](#5.1 练习一)
      • [5.2 练习三](#5.2 练习三)
    • [6. 为什么存在内存对⻬?](#6. 为什么存在内存对⻬?)

1. 结构体类型的声明

c 复制代码
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:

c 复制代码
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

c 复制代码
#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

c 复制代码
#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:

c 复制代码
#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:

c 复制代码
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:

c 复制代码
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

c 复制代码
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:

  1. 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
  2. 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
  1. 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。
  2. 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

c 复制代码
#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

  1. 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
  2. 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
  3. 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
  4. 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
  5. 最终struct s1的大小为8个字节

struct s2 = 12

  1. 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
  2. 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
  3. 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
  4. 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

c 复制代码
#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

  1. char会放在偏移量为0的位置,也就是一个字节
  2. 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
  3. 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
  4. 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
  5. 所以struct S4的大小为32个字节

6. 为什么存在内存对⻬?

  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。
  2. 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:

c 复制代码
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

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