前言
结构体是C语言实现数据封装的核心工具，广泛应用于复杂对象描述（如学生信息、链表节点）与底层开发（如协议解析）。本文将从语法基础到性能优化，提炼核心知识点与实战技巧，帮你高效掌握这一高频考点与开发利器。
一、结构体的声明及初始化
1.1 声明与变量定义
结构体声明的核心格式：
struct 标签 { 成员列表 } [变量列表];（分号不可省略）
c
// 标准声明（推荐，可复用）
struct Stu {
char name[20]; // 名字（数组避免指针悬空）
int age; // 年龄
char id[20]; // 学号
};
// 变量创建：全局/局部均可
struct Stu s1; // 局部变量
struct Stu s2[10]; // 结构体数组（批量存储）1.2 初始化
-
顺序初始化 ：按成员顺序赋值，简洁直接：
cstruct Stu s = {"张三", 20, "20230818001"}; -
指定成员初始化 ：跳过无关成员，灵活适配于部分赋值场景：
cstruct Stu s = {.age = 18, .name = "李四"}; // 未赋值成员默认初始化为0/空
1.3 关键点
-
匿名结构体 ：仅能使用一次，多次声明会被视为不同类型（慎用）：
cstruct { int a; char b; } x; // x是唯一变量，无法再定义同类型变量 -
自引用正确写法 ：必须用指针（避免无限递归内存占用）：
c// 错误：struct Node未定义完成，直接用类型会报错 struct Node { int data; struct Node next; }; // 正确：指针仅占4/8字节，无需知道结构体完整大小 struct Node { int data; struct Node* next; }; -
typedef重命名 ：结合标签使用，避免匿名结构体的局限：
ctypedef struct Node { int data; struct Node* next; } Node; // 可直接用Node代替struct Node
二、结构体内存对齐
内存对齐是"空间换时间"的优化策略，计算结构体大小需遵循以下规则:
2.1 对齐规则 （VS默认对齐数8，GCC无默认对齐数，按成员最大大小对齐）
- 第一个成员从偏移量
0开始。 - 其他成员对齐到「对齐数」的整数倍地址（对齐数=min(编译器默认对齐数, 成员大小)）。
- 结构体总大小为「所有成员对齐数最大值」的整数倍。
- 嵌套结构体时，嵌套部分对齐到自身最大对齐数的整数倍。
2.2 实战计算（VS环境）
| 结构体定义 | 成员偏移与大小 | 总大小 | 优化点 |
|---|---|---|---|
struct S1 { char c1; int i; char c2; } |
c1(0,1)→i(4,4)→c2(8,1) | 12 | 小成员分散，浪费空间 |
struct S2 { char c1; char c2; int i; } |
c1(0,1)→c2(1,1)→i(4,4) | 8 | 小成员集中，节省4字节 |
struct S3 { double d; char c; int i; } |
d(0,8)→c(8,1)→i(12,4) | 16 | double占8字节，对齐到8 |
struct S4 { char c1; struct S3 s3; double d; } |
c1(0,1)→s3(8,16)→d(24,8) | 32 | 嵌套结构体对齐到自身最大对齐数（8） |
2.3 对齐优化技巧
-
成员排序原则：小成员集中存放（如S2 vs S1）。
-
修改默认对齐数 ：用
#pragma pack(n)调整（n=1时取消对齐）。c#pragma pack(1) // 强制按1字节对齐 struct S { char c1; int i; char c2; }; // 总大小=1+4+1=6 #pragma pack() // 还原默认
三、结构体传参
3.1 传参方式对比
| 传参方式 | 实现代码 | 性能开销 | 适用场景 |
|---|---|---|---|
| 传值调用 | void print(struct Stu s) |
拷贝整个结构体（栈空间+时间） | 结构体极小（<16字节） |
| 传址调用 | void print(struct Stu* ps) |
仅传指针（4/8字节） | 绝大多数场景（推荐） |
3.2 代码示例
c
// 高效写法：传址+const保证只读
void printStu(const struct Stu* ps) {
printf("姓名：%s，年龄：%d\n", ps->name, ps->age); // 用->访问成员
}
int main() {
struct Stu s = {"张三", 20, "20230818001"};
printStu(&s); // 传递地址
return 0;
}四、位段的使用与实战
位段是结构体的"空间压缩版"，通过指定成员占用的二进制位数，大幅减少内存占用（适用于硬件寄存器、网络协议等场景）。
4.1 位段声明与大小计算
c
// 位段声明：成员为整数类型，后接:位数
struct A {
int a:2; // 占2bit（范围：-2~1或0~3，取决于有符号）
int b:5; // 占5bit
int c:10; // 占10bit
int d:30; // 占30bit
}; // 总大小：2+5+10+30=47bit → 占2个int（8字节）4.2 核心限制与注意事项
-
成员类型仅限
int/unsigned int/char。 -
位数不能超过类型总位数（如char不能超过8bit）。
-
无独立地址，不能用
&取地址（需通过中间变量赋值）。cstruct A sa; // 错误：&sa.a非法 // scanf("%d", &sa.a); // 正确 int tmp = 0; scanf("%d", &tmp); sa.a = tmp;
4.3 实际应用：IP头位段定义
c
// IPv4头部的位段实现（简化版）
struct IpHeader {
unsigned int version:4; // 版本（4bit）
unsigned int ihl:4; // 首部长度（4bit）
unsigned int tos:8; // 服务类型（8bit）
unsigned int total_len:16; // 总长度（16bit）
// ... 其他字段
}; // 仅用4字节存储多个字段，比普通结构体节省空间结构体作为C语言中连接基础数据类型与复杂数据结构的桥梁，从简单的数据封装到底层的内存优化，每一处细节都体现着"效率"与"灵活"的平衡。无论是应对面试中的内存计算考题，还是在项目中设计高效的协议解析、数据存储模块，掌握这些知识点都能让你事半功倍。如果在实际开发中遇到结构体的疑难问题（比如特殊场景的内存对齐优化、位段的跨平台适配），不妨回头再梳理这些规则，看似琐碎的细节，恰恰是写出高性能、高可读性代码的关键。
至此，我们已梳理完"数据在内存中的存储"的全部内容了。最后我们在文末来进行一个投个票，告诉我你对哪部分内容最感兴趣、收获最大，也欢迎在评论区聊聊你的学习感受。
以上就是本期博客的全部内容了，感谢各位的阅读以及关注。如有内容存在疏漏或不足之处，恳请各位技术大佬不吝赐教、多多指正。
