C语言——结构体自定义类型

目录

结构体类型

声明结构体

结构体的特殊声明

创建结构体变量和初始化结构体变量

结构体的自引用

结构体内存对齐

对齐规则

内存对齐存在意义

默认对齐数的修改

结构体传参

结构体实现位段

了解位段是什么

位段的内存分配

位段有跨平台的问题及使用注意事项

---

C语言中有内置的类型，内置类型如下：

|-----------------|
| char |
| short |
| int |
| long |
| long long |
| float |
| double |
| long double |
[内置类型]

这些都是C语言本身支持的现场类型，但是仅仅有内置类型是不够的。

比如，我们要定义一个人的变量，

人：3.14 ------ 这种就是不行的

人是一个复杂的对象，有身高、体重、名字等。所以这就要用到一个自定义类型------结构体。

C语言中也有自定义类型的。

结构体类型

声明结构体

结构体是一些值的集合，这些值成为成员变量，结构的每个成员可以是不同类型的变量。

//结构体的声明
struct tag  //tag就是标签名
{
    member-list;  //成员列表：1个或者多个，但是不能没有
}variable_list;  //变量列表

我们知道结构体的声明之后，我们就可以自定义一个学生练习一下：

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

结构体的特殊声明

在声明结构体的时候，可以不完全声明：匿名结构体类型

//匿名结构体类型
struct
{
	int a;
	char b;
	float c;
}x;
		
struct
{
	int a;
	char b;
	float c;
}a[20], * p;

这两个结构体对比前面的，看出tag省略了

在使用这种形式的时候，要注意两点：

1. 匿名的结构体类型，如果没有对结构体类型重命名的话，基本上只能使用一次,第二次往后基本不能用了。
2. 编译器会把上面的两个声明当成完全不同的两个类型，所以下面操纵是非法的。

p = &x;

创建结构体变量和初始化结构体变量

我们定义了这个类型，要怎么创建这种类型的变量并怎么初始化它呢？

局部结构体变量创建和初始化有两种：

一种按照结构体成员的顺序初始化的，如下：

//按照结构体成员的顺序初始化
struct Stu s = { "张三", 20, "男", "20230818001" };

我们想打印验证一下这个结构体变量，要怎么打印呢？

printf("name: %s\n", s.name);
printf("age : %d\n", s.age);
printf("sex : %s\n", s.sex);
printf("id : %s\n", s.id);

注: · 和 ->都是用来访问结构体内的变量用的，· 是用来取的这个结构体中的元素，->是取得这个结构体中元素的地址所对应的元素。

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

*p=Stu;
Stu.name==(*p).name==p->name。

第二种初始化按照指定顺序初始化的（乱序）：

//按照指定的顺序初始化
struct Stu s2 = { .age = 18, .name = "李四", .id = "20230818002", .sex = "女" };
printf("name: %s\n", s2.name);
printf("age : %d\n", s2.age);
printf("sex : %s\n", s2.sex);
printf("id : %s\n", s2.id);

全局变量的定义有两种，初始化方式也跟局部变量相似，下面就只举例全局变量的创建：

struct Stu
{
	char name[20];//名字
	int age;//年龄
	char sex[5];//性别
	char id[20];//学号
}b2,b3; //全局变量           

struct Stu b1;//全局变量

结构体的自引用

先介绍typedef相关知识， typedef为C语言的关键字：作用是为一种数据类型定义一个新名字。

typedef可以声明新的类型名来代替已有的类型名，不能增加新的类型。这里的数据类型有前面所说的内置数据类型（int,float等），还有自定义的数据类型（struct等）。

结构体自引用对于数据结构上的链表是非常有用的，

数据结构------其实是数据在内存种的存储和组织的结构，数据结构有多种

• 线性数据结构：顺序表、链表、栈、队列。
• 树形数据结构：二叉树
• 图
• 等等......

结构体自引用的正确方式（链表形式）：

struct Node
{
	int data;			//数据
	struct Node* next;  //指针------自己里包含一个自己同类型的指针
};

我们用typedef重命名一下：

typedef struct Node
{
	int data;			//数据
	struct Node* next;  //指针------自己里包含一个自己同类型的指针
}Node;    //将struct Node 类型重命名为 Node
//也可也写成
struct Node
{
	int data;			//数据
	struct Node* next;  //指针------自己里包含一个自己同类型的指针
};
typedef struct Node Node;  //typedef在后面重命名

注意，千万不能写成以下这些形式：

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

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。

typedef struct   //匿名结构体类型
{
 int data;
 Node* next;  //这里面还有struct不能省略掉
}Node;

这个Node是对前面的匿名结构体类型的重命名产生的，但在匿名结构体内部提前使用Node类型来创建变量成员变量是不可以的。所以匿名结构体类型是不能实现这种自引用的。

所以，定义结构体尽量不要使用匿名结构体。

结构体内存对齐

这个牵扯到计算结构体的大小，并且还有它特有的对齐规则。

对齐规则

1. 结构体的第一个成员对齐到结构体变量起始位置偏移量为0的地址处。(后面举例介绍）
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变量大小的较小值 VS中默认的一个对齐数为8 Linux中gcc没有默认对齐数，对齐数就是成员变量自身大小。
3. 结构体总大小为最大对齐数(结构体中每个成员变量都有一个对齐数，所有对齐数中最大的）的整数倍。
4. 如果嵌套了结构体的情况，嵌套的结构体成员对齐到自己的成员中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（含嵌套结构体中成员的对齐数）的整数倍。

例如下列例子，并了解这个规则怎么用：

struct S1
{
 char c1;
 int i;
 char c2;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S1));


struct S2
{
 double d;
 char c;
 int i;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S2));
//结构体嵌套问题
struct S3
{
 char c1;
 struct S2 s2;
 double d;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S3));

第一个：

所以会输出：12.

注：若遇到数组，如char[5] 则就是存了五个char。

第二个：

所以这个输出16.

第三个：

所有会输出：32.

内存对齐存在意义

结构体内存对齐是牺牲空间来换取时间的做法。

1. 平台原因 (移植原因)
   
2. 性能原因
   若又想节省一些空间，那么就让空间小的成员尽量集中在一起。

struct S1
{
    char c1;
    int i;
    char c2;
};  //占12

struct S2
{
    char c1;
    char c2;
    int i;
};  //占8

默认对齐数的修改

我们前面说VS中默认对齐数是8，那么我们可以修改吗？

我们可以用一个预处理指令修改，并且另一个指令可以取消修改，如下：

#pragma pack(1)//设置默认对⻬数为1
#pragma pack()//取消设置的对⻬数，还原为默认

根据自己所需，可以用这个预处理指令修改对齐数。

结构体传参

我们函数传参，可以传整型变量、数组、指针变量等。结构体变量也可以传。

实现具体如下列程序：

struct S
{
	int data[1000];
	int num;
};
struct S s = { {1,2,3,4}, 1000 };
//结构体传参
void print1(struct S s)  //这样拷贝开创了一个相同大的内存空间
{
	printf("%d\n", s.num);
}
//结构体地址传参
void print2(struct S* ps)
{
	printf("%d\n", ps->num);
}
int main()
{
	print1(s); //传结构体变量  //传值调用 拷贝
	print2(&s); //传结构体变量的地址   //传址调用
	return 0;
}

不过上面两个函数，print2的效率高一些。

所以，结构体传参的时候，尽量传结构体的地址。

结构体实现位段

了解位段是什么

位段实现是基于结构体的

位段的声明和结构体相似，有两个不同：

1. 位段的成员必须是int、unsigned int 或者signed int，C99中位段成员的类型可以选择其他类型。

2. 位段成员名后边有一个冒号和一个数字。

   struct A
   {
    int _a:2;
   };

位段的内存分配

1. 位段的成员可以是int、unsigned int、signed int 或者char类型等
2. 位段的空间上是按照需要以4个字节（int）或1个字节（char）的方式来开辟的
3. 位段很多不确定因素，因此不能跨平台的，可移植程序应避免使用位段。

我们看下一段代码：

struct A
{
	int _a : 2;
	int _b : 5;
	int _c : 10;
	int _d : 30;
};

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

A所占内存是多少？

输出结果：

位段有跨平台的问题及使用注意事项

int位段被当成有符号还是无符号不确定

位段最大位的数目不确定。

位段中的成员在内存中从左向右分配，还是从右向左分配标准尚未定义。

当一个结构包含两个位段，第二个位段成员比较大，无法容纳于第一个位段剩余的位时，是舍弃 剩余的位还是利用是不确定的。

所以位段可以达到结构体同样的效果，并且可以很好的节省空间，但有跨平台问题。

注意事项：位段内存中每个节分配一个地址，一个字节内部的bit位是没有地址的。所以不能对位段成员使用&操作符，不能使用scanf直接输入值，只能先输入放在一个变量中，然后赋值给位段的成员（使用位段结构体里面的类型尽量要一样，否则可控性就会比较差）。

struct A
{
	int _a : 2;
	int _b : 5;
	int _c : 10;
	int _d : 30;
};
int main()
{
	struct A sa = { 0 };
	//scanf("%d", &sa._b);//错误

	
	int b = 0;
	scanf("%d", &b);
	sa._b = b;
	return 0;
}

制作不易，求各位大佬三连qwq，若有不足的地方，请大佬们多多指点！