初识C语言12. 结构体（自定义类型的核心工具）

目录

前言：

一、结构体：从"声明"到"初始化"的基础逻辑

[1.1 定义类型时直接创建变量：](#1.1 定义类型时直接创建变量：)

[1.2 先声明类型，再创建变量：](#1.2 先声明类型，再创建变量：)

[1.3 匿名结构体（仅用于一次性变量）：](#1.3 匿名结构体（仅用于一次性变量）：)

二、结构体的核心操作：成员访问与传参

[2.1 成员访问： . 与 -> 的区别](#2.1 成员访问： . 与 -> 的区别)

[2. 2结构体传参：值传递 vs 地址传递](#2. 2结构体传参：值传递 vs 地址传递)

三、底层细节：内存对齐与位段

[3.1 对齐规则：](#3.1 对齐规则：)

[3.2 修改对齐数](#3.2 修改对齐数)

[四、 结构体实现位段](#四、 结构体实现位段)

[4.1 什么是位段](#4.1 什么是位段)

[4.2 位段的内存分配](#4.2 位段的内存分配)

[4.3 位段的跨平台问题](#4.3 位段的跨平台问题)

总结：

完

---

前言：

在C语言的编程体系中，"结构体"是实现自定义复合数据类型的核心机制，它让开发者能够将不同类型的数据封装为一个逻辑整体，是构建复杂数据结构（如链表、树）与贴近现实场景数据模型的基础。本文将结合"自定义类型"的学习框架，拆解结构体的核心用法与底层逻辑。

一、结构体：从"声明"到"初始化"的基础逻辑

结构体的使用首先从类型声明开始------通过 struct 关键字定义新的类型模板，例如描述学生信息的结构体：

// 声明结构体类型
struct Student {
    char name[20];  // 字符数组存储姓名
    int age;        // 整型存储年龄
    float score;    // 浮点型存储成绩
};

声明仅定义"模板"，需创建变量并初始化才能实际存储数据（此时并没有开辟新的空间）

1.1 定义类型时直接创建变量：

struct Student {
    char name[20];
    int age;
    float score;
} stu1 = {"Zhang", 18, 92.5};  // 同时创建并初始化变量stu1

1.2 先声明类型，再创建变量：

struct Student stu2;
// 逐个成员赋值
strcpy(stu2.name, "Li");
stu2.age = 19;
stu2.score = 88.0;

1.3 匿名结构体（仅用于一次性变量）：

struct {
    int x;
    int y;
} point = {3, 4};  // 无类型名，仅能在此处创建变量

二、结构体的核心操作：成员访问与传参

2.1 成员访问： . 与 -> 的区别

访问结构体成员需使用成员访问操作符：

• 当操作结构体变量时，用 (.)：

  printf("姓名：%s\n", stu1.name); // 输出"Zhang"

• 当操作结构体指针时，用 (-> )：

  struct Student *p = &stu2;
  printf("年龄：%d\n", p->age); // 输出19

数据在上面创建中已经初始化

2. 2结构体传参：值传递 vs 地址传递

结构体作为函数参数传递时，有两种方式：

• 值传递：将整个结构体拷贝一份传入函数，修改不会影响原变量（内存开销大）：

  void printStudent(struct Student s) {
  printf("成绩：%.1f\n", s.score);
  }
  printStudent(stu1); // 传入stu1的拷贝

• 地址传递：传入结构体指针，修改会影响原变量（内存开销小）：

  void updateScore(struct Student *p, float newScore) {
  p->score = newScore;
  }
  updateScore(&stu2, 90.0); // 修改stu2的成绩为90.0

实际开发中优先选择地址传递，尤其是结构体成员较多时。

三、底层细节：内存对齐与位段

结构体的内存布局并非简单的成员大小相加，而是遵循内存对齐规则------这是编译器为了提升CPU访问效率的优化策略：

3.1 对齐规则：

首先得掌握结构体的对齐规则：

1. 结构体的第⼀个成员对齐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齐值。

• VS 中默认的值为 8 -

Linux中 gcc 没有默认对齐数，对齐数就是成员自身的大小

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。

   struct Demo {
   char a; // 占1字节，偏移0
   int b; // 占4字节，偏移4（补3字节）
   char c; // 占1字节，偏移8（补3字节）
   };
   // 总大小：12字节（而非1+4+1=6字节）

3.2 修改对齐数

可通过 #pragma pack(n) 指定对齐数，以平衡内存效率与空间占用。

若需进一步节省内存，可使用结构体位段------通过指定成员占用的二进制位数实现精细化存储：

#include <stdio.h>
#pragma pack(1)//设置默认对⻬数为1
struct S
{
char c1;
int i;
char c2;
};
#pragma pack()//取消设置的对⻬数，还原为默认
int main()
{
//输出的结果是什么？
printf("%d\n", sizeof(struct S));
return 0;
}

四、 结构体实现位段

4.1 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

   struct BitField {
   int a : 2; // 占用2位
   int b : 5; // 占用5位
   int c : 10; // 占用10位
   };

4.2 位段的内存分配

1. 位段的成员可以是 int unsigned int signed int 或者是 char 等类型

2. 位段的空间上是按照需要以4个字节（ int ）或者1个字节（ char ）的方式来开辟的。

3. 位段涉及很多不确定因素，位段是不跨平台的，注重可移植的程序应该避免使用位段。

4.3 位段的跨平台问题

1. 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。

总结：

跟结构相比，位段可以达到同样的效果，并且可以很好的节省空间，但位段的跨平台兼容性较差（不同编译器的存储规则可能不同），需谨慎使用

总结：

结构体是C语言脱离"单一基础类型"、实现灵活数据组织的关键工具，其语法虽简单，但内存对齐、传参方式等细节直接影响程序的效率与稳定性。掌握结构体，是从"基础语法"迈向"实际开发"的重要一步。

完