C 语言结构体

qq_459730032024-07-14 19:31

本博客涉及的结构体知识有：

1.0：结构体的创建和使用

2.0: typedef 关键字与#define 关键字的区别

3.0: 结构体成员的访问【地址访问与成员访问】

4.0: 结构体嵌套调用

5.0 数组访问赋值结构体成员

......

1.0：结构体的创建和使用

结构体类型和枚举类型一样，是一种用户自定义的数据类型，它可以使用一个变量来描述事物的多种属性，便于数据的管理，数据类型声明的语法格式:或者说->【结构是一些值的集合，这些值被称为成员变量，结构体中的成员可以是不同的变量类型 】，和数组相比结构体的数据类型更为的灵活，数组指的是一组相同类型的值的集合，数组的下标是从0开始的。

格式1：

cpp 复制代码 
// 结构体的声明格式
typedef struct
{
    成员列表
}structName_t;

注：成员列表中的成员并不是变量在什么的时候并不会开辟内存空间

内存空间的开辟要在创建结构体变量之后

 ***********************************
 *  结构体： 创建结构体案例
 *  参数  ： 结构体成员 char name[20]; char tel[12];
 *  返回值： 无
 *  时间  ： 2024/7/13 
 *  作者  ： _沧浪之水_
 ************************************ 
**/
typedef struct
{
	char name[20];
	char tel[12];
	char sex[5];
	int high;
}People_t;

格式2：

cpp 复制代码 
结构体变量的声明

struct Person 
{
​     // 成员列表
      char name[20];
      int age;
}struct_name_t;

上面的结构体是一个结构体数据类型,并不是一个变量，创建结构体类型的时候并不会开辟内存空间

struct Stu
{
​     // 成员列表
      char name[20];
      int age;
}s1,s2;
s1 与 s2 是 struct Stu 类型的变量(s1 s2 是结构体成员的全局变量)

格式3：

cpp 复制代码 
// 结构体成员变量声明
struct Point
{
	int x;
	int y;
	
}p1 = {2,3};

struct score
{
	int n;
	char ch;

};

struct Stu
{
	char name[20];
	int age;
	struct score s;

};

成员变量的初始化
int main()
{
   struct Stu s1 = {"8888",20,{100,'q'}};
   printf(%s %d %d %c,s1.name,s1.age,s1.n,s1.s.ch);

}

结构体变量的定义

cpp 复制代码 
/**
 ***********************************
 *  结构体： 结构体变量定义后同时进行赋值
 *  参数  ： 无参数
 *  返回值： 无返回值
 *  时间  ： 2024/7/13 
 *  作者  ： _沧浪之水_
 ************************************
**/
People_t peo = { "张三","15863310892","男",181 };

2.0 typedef 关键字的使用

typedef关键关键字：用于定义一个已有关键字的别名，具体创建格式如下所示

cpp 复制代码 
/**
 ***********************************
 *  结构体： typedef 关键字的用法
 *  参数  ： 无参数
 *  返回值： 无返回值
 *  时间  ： 2024/7/13 
 *  作者  ： _沧浪之水_
 ************************************
**/
typedef 数据类 名字

typedef uint8_t uint;

typedef unsigned char uchar;

typedef 关键字和define关键字的区别，两者都是给对象取一个别名增强程序的可读性【尽量防止程序中魔鬼数字的出现】，两者有如下的区别

1： 使用场景不同

  • typedef 关键字用于给数据类型定义别名
  • #define关键字又称为（宏定义） 用于给数字，表达式（写表达式时注意带上括号防止异常问题的出现），代码语句定义别名。

2：执行时机不同

  • typedef在编译阶段执行;
  • #define在预编译阶段执行;

3：定义方法不同

  • #define别名在替换对象的前面，并且定义后面不用加分号;
cpp 复制代码 
#define PI 3.14

#define MAX_NUM_LIST 9

typedef的别名在替换对象的后面，并且定义后面需要加分号;

cpp 复制代码 
typedef unsigned char uchar;

3.0: 结构体成员的访问

注：有指针访问和圆点运算符访问两种访问方式

使用圆点运算符并打印输出

cpp 复制代码 
    /**
     ***********************************
     *  结构体： 结构体成员变量访问
     *  参数  ： 结构体成员访问
     *  返回值： 无
     *  时间  ： 2024/7/13 
     *  作者  ： _沧浪之水_
     ************************************
    **/

    // peo 是结构体变量,结构体变量创建后才会开辟内存控制,结构体变量初始化
	People_t peo = { "张三","15863310892","男",181 };
	// 浮点数在内存中不能精确的存储,结构体嵌套初始化
	recallStruct_t recal = { {"李四","15863310892","男",181},100, 88.8f };

	printf("%s %s %s %d\n", peo.name, peo.tel, peo.sex, peo.high);
	printf("%s %s %s %d %d %f\n", 
                 recal.p.name,
                 recal.p.tel,
                 recal.p.sex, 
                 recal.p.high,
                 recal.num,
                 recal.f);

使用指针访问【地址访问】

cpp 复制代码 
/**
 ***********************************
 *  结构体： 结构体传递地址调用
 *  参数  ： *p 指针地址
 *  返回值： 无
 *  时间  ： 2024/7/13 
 *  作者  ： _沧浪之水_
 ************************************
**/
void Print(People_t  *p) 
{
	// 左边的是结构体指针 "结构体指针->成员变量"
	printf("%s %s %s %d\n", p->name, p->tel, p->sex, p->high);
}

注：以上的这种写法需要在主函数中进行调用

4.0: 结构体嵌套调用

cpp 复制代码 
#define  _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include "stdio.h"
#include "stdlib.h"
#include "math.h"
#include <string.h>
#include "add.h"
#include <stdint.h>

/**
 ***********************************
 *  结构体： 创建结构体
 *  参数  ： 结构体成员 char name[20]; char tel[12];
 *  返回值： 无
 *  时间  ： 2024/7/13
 *  作者  ： _沧浪之水_
 ************************************ 
**/
typedef struct
{
	char name[20];
	char tel[12];
	char sex[5];
	int high;
}People_t;

/**
 ***********************************
 *  结构体： 创建结构体
 *  参数  ： 结构体成员,内部包含结构体【顺带变量初始化，结构体初始化】
 *  返回值： 无
 *  时间  ： 2024/7/13
 *  作者  ： _沧浪之水_
 ************************************
**/
typedef struct 
{
	People_t p;
	int num;
	float f;
}recallStruct_t;

/**
 ***********************************
 *  结构体： 结构体传递地址调用
 *  参数  ： *p 指针地址
 *  返回值： 无
 *  时间  ： 2024/7/13
 *  作者  ： _沧浪之水_
 ************************************
**/
void Print(People_t  *p) 
{
	// 左边的是结构体指针 "结构体指针->成员变量"
	printf("%s %s %s %d\n", p->name, p->tel, p->sex, p->high);
}

/**
 ***********************************
 *  结构体： 结构体成员变量访问
 *  参数  ： 结构体成员访问
 *  返回值： 无
 *  时间  ： 2024/7/13
 *  作者  ： _沧浪之水_
 ************************************
**/
void PrintTwo(People_t input) 
{
	// 左边的是结构体变量 "结构体变量.成员变量"
	printf("%s %s %s %d\n", input.name, input.tel, input.sex, input.high);
}

int main()
{
	// peo 是结构体变量,结构体变量创建后才会开辟内存控制,结构体变量初始化
	People_t peo = { "张三","15863310892","男",181 };
	// 浮点数在内存中不能精确的存储,结构体嵌套初始化
	recallStruct_t recal = { {"李四","15863310892","男",181},100, 88.8f };

	printf("%s %s %s %d\n", peo.name, peo.tel, peo.sex, peo.high);
	printf("%s %s %s %d %d %f\n", recal.p.name, recal.p.tel, recal.p.sex, recal.p.high, recal.num, recal.f);
	
	Print(&peo);
	PrintTwo(peo);
	return 0;
}

注：以上的注释编写方式仅限于更好的理解知识，实际的开发过程会更为规范，推荐书籍**《高质量 C C++ 编程指南 》。**

注:上面的两种打印输出方式哪一种打印方式更好，结构体传递参数吧 "对象" 进行结构体传参的时PrintTwo() 这种参数传递方式方式时PrintTwo(peo)，peo实际是一个对象已经在内存中开辟了一块内存空间，如果把对象作为实际参数传递给形参的时候"形参里面的内容实际上是实际参数的一份拷贝" 打印peo的时候打印输出的数据是一样的，空间和时间的浪费会降低程序的性能。【推荐使用地址传递的方式把参数的地址传递进去**（地址的大小就是4-8字节）通过地址找到数据** 】参数传递的时候会压栈 ，结构体传递参数的时候尽量传递结构体的地址节省时间和空间。

5.0 数组方式给结构体成员赋值

cpp 复制代码 
#define  _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include "stdio.h"
#include "stdlib.h"
#include "math.h"
#include <string.h>
#include "add.h"
#include <stdint.h>

#define MAX_LIST_NUM (sizeof(arrList) / sizeof(arrList[0]))

/**
 ***********************************
 *  结构体： 创建结构体
 *  参数  ： 结构体成员 char name[20]; char tel[12];
 *  返回值： 无
 *  时间  ： 2024/7/13
 *  作者  ： _沧浪之水_
 ************************************ 
**/
typedef struct
{
	char name[20];
	char tel[12];
	char sex[5];
	int high;
}People_t;

static People_t arrList[] =
{
	{"Keil","122345625","男",180},
	{"Ling","122345625","女",185}
};

int main()
{
	uint8_t i = 0;
	for (i = 0; i < MAX_LIST_NUM; i++) 
	{
		printf("%s %s %s %d\n", 
			arrList[i].name, 
			arrList[i].tel, 
			arrList[i].sex, 
			arrList[i].high);
	}
	return 0;
}

6.0 结构体内存对齐

现代处理器在读取或写入内存时，倾向于处理特定长度的数据，这些长度通常是2字节、4字节、8字节等。这是因为处理器内部的总线宽度、缓存行大小和寄存器大小通常是这些值的倍数。当数据对齐到这些边界时，处理器可以更高效地读取或写入数据，避免了多次内存访问或者额外的数据重排操作，从而提高了执行速度。

  1. 硬件限制

某些硬件平台不能在任意内存地址上访问任意数据类型。例如，一些处理器可能无法直接读取非对齐的长字节数据，尝试这样做可能会导致硬件异常，比如对齐错误（alignment fault）。

  1. 跨平台和移植性

不同的硬件架构可能有不同的内存对齐偏好。如果一个结构体在一个架构下没有正确对齐，而在另一个架构下被读取，可能会导致不可预测的行为或错误。通过遵循标准的对齐规则，可以增强代码的跨平台兼容性和可移植性。

  1. 内存访问模式

对齐也有助于优化缓存行为。缓存通常以特定大小的块存储数据，如果数据对齐得当，就更有可能在缓存命中时加载更多的相关数据，从而减少缓存缺失和提高性能。

结构体内存定义示意图：

offsetof结构体偏移量验证

cpp 复制代码 
#define  _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include "stdio.h"
#include "stdlib.h"
#include "math.h"
#include <string.h>
#include "add.h"
#include <stdint.h>

struct s1 
{
	char a; 
	int i;
	char b;
};

struct s2 
{
	char b;
	char a;
	int i;
};

int main()
{
	struct s1 sOne;
	struct s2 sTwo;
	printf("%d\n", sizeof(struct s1));
	printf("%d\n", sizeof(struct s2));
	printf("|+----------+|----------+|---------+|-----------|");
	// 使用offsetof计算偏移量
	printf("%d\n", offsetof(struct s1,a));
	printf("%d\n", offsetof(struct s1,i));
	printf("%d\n", offsetof(struct s1,b));
	return 0;
}
cpp 复制代码 
#define  _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include "stdio.h"
#include "stdlib.h"
#include "math.h"
#include <string.h>
#include "add.h"
#include <stdint.h>

struct s1 
{
	char a; 
	int i;
	char b;
};

struct s2 
{
	char b;
	char a;
	int i;
};

int main()
{
	struct s1 sOne;
	struct s2 sTwo;
	printf("%d\n", sizeof(struct s1));
	printf("%d\n", sizeof(struct s2));
	printf("|+----------+|----------+|---------+|-----------|");
	printf("\n");
	// 使用offsetof计算偏移量
	printf("%d\n", offsetof(struct s1,a));
	printf("%d\n", offsetof(struct s1,i));
	printf("%d\n", offsetof(struct s1,b));

	printf("%d\n", offsetof(struct s2, b));
	printf("%d\n", offsetof(struct s2, a));
	printf("%d\n", offsetof(struct s2, i));
	return 0;
}

计算结构体成员的大小

嵌套结构体大小计算

结构体修改默认对齐数

cpp 复制代码 
#define  _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include "stdio.h"
#include "stdlib.h"
#include "math.h"
#include <string.h>
#include "add.h"
#include <stdint.h>


// 修改默认对齐数
#pragma pack(4)
struct S 
{
	int i; // 4   ----- > 4 和 4 进行比较那就是   4  
	double d; // 8 -----> 8 和 4 进行比较那么还是 4
};
#pragma pack()

int main()
{
	printf("%d\n", sizeof(struct S)); // 12
	return 0;
}

结构体参数传递方式

注：结构体传递参数的方式一共有两种，一个是地址传递，一个是.操作符传递，函数传递参数的时候，需要压栈，会有时间和空间上的系统开销如果传递一个结构体对象的时候，结构体过大，参数压栈的系统开销比较大会导致程序性能的下降，涉及结构体参数传递的时候尽量使用地址传递的方式。

结构体传递参数方式 1

cpp 复制代码 
#define  _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include "stdio.h"
#include "stdlib.h"
#include "math.h"
#include <string.h>
#include "add.h"
#include <stdint.h>


struct S
{
	int data[100];
	int num;
};

static void Print(struct S ss) 
{
	uint8_t i;
	for (i = 0; i < 3; i++) 
	{
		printf("%d ", ss.data[i]);
	}
	printf("%d ", ss.num);
}

int main()
{
	struct S s = { {1,6,8},100 };
	Print(s);
	return 0;
}

结构体传递参数方式 2

cpp 复制代码 
#define  _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include "stdio.h"
#include "stdlib.h"
#include "math.h"
#include <string.h>
#include "add.h"
#include <stdint.h>


struct S
{
	int data[100];
	int num;
};

static void Print(struct S ss) 
{
	uint8_t i;
	for (i = 0; i < 3; i++) 
	{
		printf("%d ", ss.data[i]);
	}
	printf("%d ", ss.num);
}

static void Print_p(struct S *ps)
{
	uint8_t i;
	for (i = 0; i < 3; i++)
	{
		printf("%d ", ps->data[i]);
	}
	printf("%d ", ps->num);
}
int main()
{
	struct S s = { {1,6,8},100 };
	Print(s);
	printf("\n");
	printf("|-------------+----------+------+------|\n");
	Print_p(&s);
	return 0;
}

......

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