C语言初学者笔记【结构体】

文章目录

一、结构体的使用
- [1. 结构体声明](#1. 结构体声明)
- [2. 变量创建与初始化](#2. 变量创建与初始化)
- [3. 特殊声明与陷阱](#3. 特殊声明与陷阱)
二、内存对齐
- [1. 规则：](#1. 规则：)
- [2. 示例分析：](#2. 示例分析：)
- [3. 修改默认对齐数：](#3. 修改默认对齐数：)
三、结构体传参
四、结构体实现位段
- [1. 定义](#1. 定义)
- [2. 内存分配](#2. 内存分配)
- [3. 应用场景](#3. 应用场景)
- [4. 跨平台问题：](#4. 跨平台问题：)
- [5. 注意事项：](#5. 注意事项：)
关键总结

一、结构体的使用

1. 结构体声明

c 复制代码

struct Stu {        // struct 关键字 + 标签(tag)
    char name[20];  // 成员变量
    int age;        // 成员类型可不同
    char sex[5];
    char id[20];
};                  // 分号不可省略

2. 变量创建与初始化

c 复制代码

// 顺序初始化
struct Stu s1 = {"张三", 20, "男", "20230818001"};

// 指定成员初始化（C99+）
struct Stu s2 = {.age=18, .name="lisi", .id="20230818002", .sex="女"};

3. 特殊声明与陷阱

· 匿名结构体（只能使用一次）：

c 复制代码

struct { int a; char b; } x;  // 无标签
struct { int a; char b; } *p;
p = &x;  // 错误！编译器认为两者类型不同

· 自引用正确方式：

c 复制代码

struct Node {         // 错误：struct Node next;（无限递归）
    int data;
    struct Node* next; // 正确：使用指针
};

· typedef 陷阱：

c 复制代码

typedef struct {      // 错误：内部提前使用Node
    int data;
    Node* next;      // ❌ 未定义
} Node;

// 正确写法
typedef struct Node {
    int data;
    struct Node* next;
} Node;

二、内存对齐

1. 规则：

· 首成员偏移量 = 0

· 其他成员对齐数 = min(编译器默认对齐数, 成员大小)

· VS默认对齐数 = 8，Linux gcc无默认值（对齐数=成员大小）

· 结构体总大小 = 最大对齐数的整数倍

· 嵌套结构体：嵌套的结构体成员对齐到自身内部最大对齐数的整数倍处，结构体的整体大小是所有元素中最大对齐数的整数倍

2. 示例分析：

c 复制代码

struct S1 { char c1; int i; char c2; }; // 大小=12 (1+3填充+4+1+3填充)
struct S2 { char c1; char c2; int i; }; // 大小=8  (1+1+2填充+4)

节省空间技巧：将小成员集中放置（对比S1 vs S2）

3. 修改默认对齐数：

c 复制代码

#pragma pack(1)      // 对齐数设为1（无填充）
struct S { char c1; int i; char c2; }; // 大小=6
#pragma pack()       // 恢复默认对齐数

三、结构体传参

· 传地址优于传结构体：

c 复制代码

void print(struct S* ps) {  // ✅ 推荐：传递指针（4/8字节）
    printf("%d\n", ps->num);
}
void print(struct S s) {    // ❌ 避免：大结构体拷贝开销大
    printf("%d\n", s.num);
}

原因：传值导致拷贝开销，降低性能。

四、结构体实现位段

1. 定义

位：二进制位（比特位）

c 复制代码

struct A {             // 位段声明
    int _a:2;         // 占2比特
    int _b:5;         // 占5比特
    int _c:10;        // 占10比特
    int _d:30;        // 占30比特（不能超过自身大小，即<=32）
};                    // 总大小：8字节（2个int）

· 成员主要为整形

2. 内存分配

· 空间按需以4字节（int）或1字节（char）开辟
· 给定空间后，成员在字节内的分配顺序由编译器决定（从左向右/从右向左）
· 当剩余空间不够存储一个成员时，剩余空间是浪费与否也取决于编译器

3. 应用场景

. 如_a中只需要存储0、1、2、3数字，则_a只需要两个比特位的空间，避免空间的浪费

4. 跨平台问题：

· int位段符号不确定（signed/unsigned）

· 最大位数依赖机器（16位机最大16，32位机最大32）

· 剩余位处理方式不确定（舍弃或利用）

5. 注意事项：

c 复制代码

struct A sa;
scanf("%d", &sa._b);  // ❌ 错误：位段成员无独立地址
// 正确做法：
int b;
scanf("%d", &b);
sa._b = b;

关键总结

主题要点

结构体声明分号不可省；避免匿名结构体自引用

内存对齐掌握4条规则；通过成员排序节省空间；#pragma pack修改对齐数

传参方式首选传地址（避免拷贝开销）

位段节省空间但不可移植；成员无地址；慎用于跨平台程序

应用场景协议封装、硬件寄存器映射等空间敏感场景

注：位段内存分配示例（假设小端存储）：

c 复制代码

struct S { char a:3; char b:4; char c:5; char d:4; };
struct S s = {0};
s.a = 10; // 二进制: 010 (存储低3位)
s.b = 12; // 二进制: 1100 (存储后续4位)
// 内存布局: | 1100 010 | ???? ??? | ... |