C语言自定义类型结构体详解

C语言中，有内置类型，也就是C语言本身支持的现成的类型，例如int , char, double, float 等，当然，仅有内置类型是不够的，例如，我们想表示一个变量人，但是现有的类型不支持我们表示，因此，我们引入了自定义类型，自定义类型分为：

cpp 复制代码

//结构体 struct
//枚举 - enum	
//联合体 - union

现在，我们介绍结构体的内容。

1.结构体类型的声明，创建和初始化

结构体声明的方式如下：

cpp 复制代码

strcut tag    //tag是结构体的类型
{
	member - list //成员，一个或多个
}vaiable - list //变量名

例如，我们描述一个学生：

cpp 复制代码

struct Stu
{
    char name[20];
    int age;
    char sex[5];
};

或者，我们可以描述一本书

cpp 复制代码

struct Book
{
	char name[20];
	char author[20];
	float price;
	char id[13];
	//...
};

当我们想尝试创建变量时候，可以有哪些方式来创建呢？

（1）创建全局变量的方式

cpp 复制代码

struct Book
{
	char name[20];
	char author[20];
	float price;
	char id[13];
	//...
}b3,b4; //全局变量

struct Book b2; //全部变量创建

这样进行创建时，得到的都是全局变量

（2）局部变量创建的方式

cpp 复制代码

int main()
{
	struct Book b1 = {"hello world","zhangsan",18.8,"PG1001"}; //局部变量创建
	struct Book b6 = { .id = "PG1002",.author = "lisi",.name = "我叫李四",.price = 88.8 };
	struct Book b[5];//数组
	
	r

这里创建的b1和b6都是局部变量，甚至我们可以创建一个结构体的数组，当然，我们在进行变量初始化的时候，也可以有上面两种初始化的方式，第一个是按照顺序初始化，第二个是.+对应内容进行初始化

2.结构体的特殊声明

在结构体的声明时，可以出现不完全声明 - 匿名结构体类型，它的形式如下：

cpp 复制代码

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

这里，我们就创建了一个匿名结构体，后续我们使用的时候，直接用s即可

cpp 复制代码

int main()
{
	printf("%c %d %f", s.c, s.i, s.d);

	return 0;
}

那么，我们如果进行这样的声明：

cpp 复制代码

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

struct
{
	char c;
	int i;
	double d;
}*ps;

cpp 复制代码

int main()
{
	ps = &s; //编译器会把上面两个定义为不同的，因此非法

	return 0;
}

这样是不可以的，因为编译器会把以上的两个声明当成两个完全不同的类型，因此是非法的，一般来说，匿名结构体类型，如果没有对结构体重命名的话，基本只能使用一次。

3.结构体自引用的方式

数据结构是数据在内存中存储和组织的结构，有线性数据结构：顺序表，链表，栈，队列

有树形数据结构：二叉树，还有图等

我们可以定义链表的结点：

cpp 复制代码

typedef struct 
{
	int data;
	struct Node* next; //下一个节点的地址，结构体指针
}Node;

这种书写方式，后续我们可以直接用Node来定义链表的结构体了

当然，也可以写成这样：

cpp 复制代码

struct Node
{
	int data;
	struct Node* next; //下一个节点的地址，结构体指针
};
typedef struct Node Node;

请注意，匿名的结构体类型是不能实现结构体的自引用效果的

4.结构体内存对齐

现在我们来讨论结构体的大小，它是符合结构体的对齐规则的：

对齐规则：

1.结构体第一个成员对齐的偏移量为0

2.其他成员变量要对其到某个数字的整数倍的地址处

对齐数 = 编译器默认的一个对其数与成员变量大小的较小值

VS默认为8，Linux中gcc没有默认对齐数，对齐数就是成员自身大小

3.结构体总大小必须为最大的对齐数的整数倍

4.如果嵌套了结构体，嵌套的结构体对齐到自己成员中最大对齐数的整数倍，结构体整体大小就是所有最大对齐数整数倍

现在，我们来举出一个例子，来判断结构体的大小吧

cpp 复制代码

struct S
{
	char c1;//1
	int i;//4
	char c2;//1
};

这个结构体是占据12个字节的

这个结构体

cpp 复制代码

struct S
{
	char c1;//1
	char c2;//1
	int i;//4
};

它占据几个字节呢？

我们再看这个结构体

cpp 复制代码

struct S
{
	double d;//8
	char c;//1
    int i;//4

};

现在，我们看这个结构体的大小

这是一个结构体中有另一个结构体

那么，为什么存在内存对齐呢？

事实上，这是拿空间换取时间的做法，

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。

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。

在设计结构体的时候，我们尽量让占用空间小的成员集中在一起，可以节省空间

修改默认对齐数

我们可以修改默认对齐数，方法如下：

cpp 复制代码

#pragma pack(1) //设置默认对齐数
//修改默认对齐数
int main0()
{

	return 0;
}

#pragma pack() //取消

5.结构体的传参

在结构体中，我们传参时尽量传入结构体的地址，这样可以节省时间和空间

例如，我们定义了一个结构体

cpp 复制代码

struct S1
{
	int arr[100];
	int n;
	double d;

};

现在我们想写一个函数，输出这个结构体的某些值

我们一般会这样写：

cpp 复制代码

void print1(struct S tmp)	//空间和时间的双重浪费
{
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 5; i++)
	{
		printf("%d ", tmp.arr[i]);
	}
	printf("%d ", tmp.n);
	peintf("%lf ", tmp.d);
}

但是，tmp会进行拷贝，这样不仅占用空间，也造成了时间的浪费，但如果我们传入的是结构体的地址呢？

cpp 复制代码

void print2(const struct S* ps)
{
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 5; i++)
	{
		printf("%d ", ps->arr[i]);

	}
	printf("%d ", ps->n);
	printf("%lf", ps->d);
}

这样，就可以了

6.结构体实现位段

什么是位段？

位段的声明和结构是类似的，有两个不同： 1. 位段的成员必须是 int、unsigned int 或signed int ，在C99中位段成员的类型也可以选择其他类型。 2. 位段的成员名后边有⼀个冒号和⼀个数字。

例如，结构体的形式如下：

cpp 复制代码

struct S
{
	int _a;	
	int _b;	
	int _c;
	int _d;
};

而位段的形式如下：

cpp 复制代码

struct S
{
	int _a:2;	//只占两个比特位
	int _b:5;	//只占五个比特位
	int _c:10;
	int _d:30;
};

冒号后面的代表这个参数占据的空间大小

那现在，我们就来判断一下这个位段的大小吧！

但是，位段存在跨平台问题，原因如下：

int位段被当成有符号数还是⽆符号数是不确定的。 2. 位段中最⼤位的数⽬不能确定。（16位机器最⼤16，32位机器最⼤32，写成27，在16位机器会出问题。 3. 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。 4. 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，这是不确定的。

网络协议中，位段可以有很好的效果

在位段的使用时，我们应该注意，某些位段并不在字节初始的位置，而一个字节对应一个地址，因此我们不能直接使用scanf的方式给位段赋值，我们应该先创建并赋值一个变量，然后利用 = 来赋值