C语言--结构体详解
C语言--结构体详解
1.结构体产生原因
C语言将数据类型分为了两种,一种是内置类型,如:char、short、int、long、float、double等,这些内置类型能够很好的描述单个物体的某一具体特性,但是假设我想描述学?,描述?本书,这时单?的内置类型是不?的。描述?个学?需要名字、年龄、学号、??、体重等;描述?本书需要作者、出版社、定价等。C语?为了解决这个问题,增加了结构体这种?定义的数据类型,让程序员可以??创造适合的类型。
定义:结构是?些值的集合,这些值称为成员变量。结构的每个成员可以是不同类型的变量,如:标量、数组、指针,甚?是其他结构体
2.结构体声明
2.1 结构体的声明
结构体一般定义如下:
struct tag//struct是关键字,tag是结构类型名称,自拟,struct tag是结构体变量类型
{
member-list;//{}中间是用于描述的变量集合
}variable-list;//variable-list是struct tag的变量声明
//variable-list == struct tag variable-list
例如描述一个学生:
struct Student
{
char name[20];//名字
int age;//年龄
char sex[5];//性别
char id[20];//学号
}std; //分号不能省,std == struct Student std
2.2 结构体的初始化
#include <stdio.h>
struct Stu
{
char name[20];//名字
int age;//年龄
char sex[5];//性别
char id[20];//学号
};
int main()
{
//按照结构体成员的顺序初始化,即名字,年龄,性别,学号
struct Stu s = { "张三", 20, "男", "20230818001" };
//这种方式初始化不可调整顺序,且必须包含所有元素信息,否在会发生信息错误
printf("name: %s\n", s.name);
printf("age : %d\n", s.age);
printf("sex : %s\n", s.sex);
printf("id : %s\n", s.id);
//按照指定的顺序初始化,可随意自行
struct Stu s2 = { .age = 18, .name = "lisi", .id = "20230818002", .sex = "?}
//这种方式初始化可任意调整顺序,不必按照结构体的声明顺序进行
printf("name: %s\n", s2.name);
printf("age : %d\n", s2.age);
printf("sex : %s\n", s2.sex);
printf("id : %s\n", s2.id);
return 0;
}
特殊结构体声明:在声明结构的时候,可以不完全的声明。
//匿名结构体类型,即不对结构体命名
struct
{
int a;
char b;
float c;
}x;
struct
{
int a;
char b;
float c;
}a[20], *p;
如果没有对匿名结构体类型重命名的话,基本上只能使??次。
2.3结构体自引用
结构体中可以引用自身,正确引用方式如下:
struct Node
{
int data;
struct Node* next;
};
struct Node* next
是定义的一个变量为next的结构体变量。
此处不可改为struct Node next
,因为?个结构体中再包含?个同类型的结构体变量,这样结构体变量的??就会?穷的?,是不合理的。
简单来说就是结构体中只能使用结构体指针。
typedef struct Node
{
int data;
struct Node* next;
}Node;
typedef 是将 struct Node 重命名为 Node ,即 struct Node == Node ,Node 是struct Node 的重命名为,但是在结构体里面不能直接使用 *Node
,因为Node是对前?的匿名结构体类型的重命名产?的,但是在匿名结构体内部提前使?Node类型来创建成员变量,这是不?的,因为在使用*Node
之前,Node是不存在的,只能在Node出现之后才能使用。
3.结构体内存对齐
3.1 对齐规则
1. 结构体的第?个成员对?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?到某个数字(对?数)的整数倍的地址处。对?数 = 编译器默认的?个对?数 与 该成员变量??的较?值。
- VS 中默认的值为 8
- Linux中 gcc 没有默认对?数,对?数就是成员??的??
3. 结构体总??为最?对?数(结构体中每个成员变量都有?个对?数,所有对?数中最?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?到??的成员中最?对?数的整数倍处,结构体的整体??就是所有最?对?数(含嵌套结构体中成员的对?数)的整数倍。
//练习1
struct S1
{
char c1;
int i;
char c2;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S1));
规则 1 :如图假设是一块内存区域,结构体从 “0” 的位置开始往后存放,那么c1的偏移量就是0。
规则2:int 类型的对齐数为4,编译器默认的对?数是8,二者取小值就是4,i 的内存就是从偏移量为4的位置开始,中间的 “1,2,3” 会被浪费掉。
char类型的对齐数是1,编译器默认的对?数是8,二者取小值就是1,c2 内存就是从偏移量为8的位置开始.
规则3:结构体的大小一定为最?对?数的整数倍,即为4,中间的“9,10,11”会被浪费掉,所以最后的结果为12.
//练习2
struct S2
{
char c1;
char c2;
int i;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S2));
规则 1 :如图假设是一块内存区域,结构体从 “0” 的位置开始往后存放,那么c1的偏移量就是0。
规则2:char类型的对齐数是1,编译器默认的对?数是8,二者取小值就是1,c2 内存就是从偏移量为1的位置开始.
int 类型的对齐数为4,编译器默认的对?数是8,二者取小值就是4,i 的内存就是从偏移量为4的位置开始,中间的 “2,3” 会被浪费掉。
规则3:结构体的大小一定为最?对?数的整数倍,即为4,所以最后的结果为8.
//练习3
struct S3
{
double d;
char c;
int i;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S3));
规则 1 :如图假设是一块内存区域,结构体从 “0” 的位置开始往后存放,那么d的偏移量就是0。
规则2:char类型的对齐数是1,编译器默认的对?数是8,二者取小值就是1,c 内存就是从偏移量为8的位置开始.
int 类型的对齐数为4,编译器默认的对?数是8,二者取小值就是4,i 的内存就是从偏移量为12的位置开始,中间的 “9,10,11” 会被浪费掉。
规则3:结构体的大小一定为最?对?数的整数倍,即为8,所以最后的结果为16.
//练习4-结构体嵌套问题
struct S4
{
char c1;
struct S3 s3;
double d;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S4));
规则 1 :如图假设是一块内存区域,结构体从 “0” 的位置开始往后存放,那么c的偏移量就是0。
规则2、4:由上面可知结构体s3的大小为16,结构体s3??成员中最?对?数是8,编译器默认的对?数是8,二者取小值就是8,s3 内存就是从偏移量为8的位置开始,中间部分会被浪费掉。
double 类型的对齐数为8,编译器默认的对?数是8,二者取小值就8,d 的内存就是从偏移量为24的位置开始.
规则3:结构体的大小一定为最?对?数的整数倍,即为8,所以最后的结果为32.
3.2 为什么存在内存对齐
1. 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。
2. 性能原因:
数据结构(尤其是栈)应该尽可能地在?然边界上对?。原因在于,为了访问未对?的内存,处理器需要作两次内存访问;?对?的内存访问仅需要?次访问。假设?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?成8的倍数,那么就可以??个内存操作来读或者写值了。否则,我们可能需要执?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。
总体来说:结构体的内存对?是拿空间来换取时间的做法。
让占?空间?的成员尽量集中在?起
3.3 修改默认对?数
#pragma pack() 这个预处理指令,可以改变编译器的默认对?数,括号中填要更改的对齐数。
#include <stdio.h>
#pragma pack(1)//设置默认对?数为1
struct S
{
char c1;
int i;
char c2;
};
#pragma pack()//取消设置的对?数,还原为默认
int main()
{
//输出的结果是什么?
printf("%d\n", sizeof(struct S));
return 0;
}
结构体在对??式不合适的时候,我们可以??更改默认对?数。
4. 结构体传参
结构体传参一般有两种方式,即传值传参和传址传参
struct S
{
int data[1000];
int num;
};
struct S s = {{1,2,3,4}, 1000};
//结构体传值传参
void print1(struct S s)
{
printf("%d\n", s.num);
}
//结构体地址传参
void print2(struct S* ps)
{
printf("%d\n", ps->num);
}
int main()
{
print1(s); //传结构体
print2(&s); //传地址
return 0;
}
结构体一般使用的是传址传参,因为函数传参的时候,参数是需要压栈,会有时间和空间上的系统开销。如果传递?个结构体对象的时候,结构体过?,参数压栈的的系统开销?较?,所以会导致性能的下降。
结论:结构体传参的时候,要传结构体的地址。
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