柚子快報激活碼778899分享：C語言?定義類型：結構體
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目錄
前言
1. 結構體類型的聲明
1.1 結構的聲明
1.2 結構體變量的創(chuàng)建和初始化
1.3?結構的特殊聲明
1.4?結構的?引?
2.結構體內存對齊
2.1 對?規(guī)則
實例講解
2.2 為什么存在內存對?？
2.3 修改默認對?數
3. 結構體傳參
4.?結構體實現位段
4.1 什么是位段
?4.2 位段的內存分配
4.3 位段的跨平臺問題
4.4 位段的應?
4.5 位段使?的注意事項
結語
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前言
在C語言中提供了許多內置類型，例如：int、short、long、longlong、char、float、double等，但是如果想描述一個學生時，這些單一的內置類型是無法做到的，描述一個學生需要包含名字、年齡、身高、體重等特征，為了解決這類問題，C語言中引入了結構體的概念，結構體這種自定義的數據類型，能讓我們自己創(chuàng)建出合適的類型，那么接下來學習一下結構體該如何使用吧?。?！
1. 結構體類型的聲明
1.1 結構的聲明
定義結構體的基本形式：
struct tag? ?//結構體名稱
{
member-list;? //結構體成員列表
}variable-list;? ?//結構體變量列表
例如描述一個學生的基本信息：
struct stu
{
char name[20]; //學生姓名
int age; //學生年齡
int stu_id[10];//學生學號
char sex[5]; //學生性別
}
1.2 結構體變量的創(chuàng)建和初始化
既然已經學習了結構體是如何聲明的，那么來看看結構體變量是如何創(chuàng)建和初始化的：
1.按照結構體成員順序進行初始化、
?
#include
struct Stu
{
char name[20]; //學生姓名
int age; //學生年齡
char stu_id[20];//學生學號
char sex[5]; //學生性別
};
int main()
{
//按照結構體成員的順序初始化
struct Stu s = { "張三", 20, "男", "20230818001" };//s就是結構體變量
printf("name: %s\n", s.name);
printf("age : %d\n", s.age);
printf("sex : %s\n", s.sex);
printf("stu_id : %s\n", s.stu_id);
return 0;
}
?
2.按照指定的順序初始化
#include
struct Stu
{
char name[20]; //學生姓名
int age; //學生年齡
char stu_id[20];//學生學號
char sex[5]; //學生性別
};
int main()
{
struct Stu s2 = { .age = 18, .name = "lisi", .sex ="女" ,.stu_id = "20230818002"};
printf("name: %s\n", s2.name);
printf("age : %d\n", s2.age);
printf("sex : %s\n", s2.sex);
printf("stu_id : %s\n", s2.stu_id);
}
1.3?結構的特殊聲明
在聲明結構的時候，可以不完全的聲明，例如：
struct
{
int a;
char b;
float c;
}x;
struct
{
int a;
char b;
float c;
}* p;
int main()
{
p = &x;
return 0;
}
上?的兩個結構在聲明的時候省略掉了結構體標簽（tag），此時是匿名結構體類型，那么此時主函數中的p=&x 這個代碼是合法的嗎？
注意：編譯器會把上?的兩個聲明（兩個匿名結構體類型）當成完全不同的兩個類型，所以是?法的。 匿名的結構體類型，如果沒有對結構體類型重命名的話，基本上只能使??次。
1.4?結構的?引?
結構體自引用指的是在結構體定義中，結構體本身作為該結構體類型中的一個成員出現，但是直接進行結構體自引用會引發(fā)無限遞歸的結構體定義，就是結構體試圖包含自己，導致編譯器無法確定結構體的大小。
例如：
struct Node
{
int data;
struct Node next;
};
?個結構體中再包含?個同類型的結構體變量，這樣結構體變量的? ?就會?窮的?，是不合理的，那么正確的自引用方式是怎么樣的呢？
struct Node
{
int data;
struct Node* next;
};
?使用指向自己類型的指針來實現自引用的效果，這種方式不會引發(fā)無限遞歸的問題，并且指針的大小是固定（4/8字節(jié)）。
2.結構體內存對齊
我們已經掌握了結構體的基本使?了。 現在我們深?討論?個問題：計算結構體的??，要計算結構體大小，我們就要明白結構體成員在內存中是如何進行存儲的，這就涉及到結構體內存對齊的問題。
2.1 對?規(guī)則
1. 結構體的第?個成員對?到和結構體變量起始位置偏移量為0的地址處。
2. 其他成員變量要對?到某個數字（對?數）的整數倍的地址處。 對?數 = 編譯器默認的?個對?數 與 該成員變量??的較?值。?VS 中默認的值為 8 - Linux中 gcc 沒有默認對?數，對?數就是成員??的??。
3. 結構體總??為最?對?數（結構體中每個成員變量都有?個對?數，所有對?數中最?的）的 整數倍。
4. 如果嵌套了結構體的情況，嵌套的結構體成員對?到??的成員中最?對?數的整數倍處，結構體的整體??就是所有最?對?數（含嵌套結構體中成員的對?數）的整數倍。
什么意思呢？我們接下來根據實例進行探索（vs2022環(huán)境）
實例講解
練習1：
struct S1
{
char c1;
int i;
char c2;
};
struct S2
{
char c1;
char c2;
int i;
};
int main()
{
printf("%d\n", sizeof(struct S1));
printf("%d\n", sizeof(struct S2));
return 0;
}
S1與S2的區(qū)別就在結構體成員的位置的不同，那么里面的成員都是一樣的，為什么S1和S2的大小是不一樣的呢？這就涉及到結構體內存對齊的規(guī)則了。
畫圖演示：
所以此時S1的大小為12個字節(jié)，S2的大小也是通過對齊規(guī)則進行判斷的，這里就不在進行演示啦。
練習2：(結構體嵌套問題)
struct S3
{
double d;
char c;
int i;
};
//結構體嵌套問題
struct S4
{
char c1;
struct S3 s3;
double d;
};
int main()
{
printf("%d\n", sizeof(struct S3));
printf("%d\n", sizeof(struct S4));
return 0;
}
接下來我們來計算一下S3和S4的大小，根據之前講過的對齊規(guī)則，我們可以快速的計算出S3的大小是16個字節(jié)，那么我們重點來講一下S4的大小該如何計算。
畫圖演示：
運行結果：
2.2 為什么存在內存對?？
1. 平臺原因 (移植原因)
不是所有的硬件平臺都能訪問任意地址上的任意數據的；某些硬件平臺只能在某些地址處取某些特定 類型的數據，否則拋出硬件異常。
2. 性能原因
數據結構(尤其是棧)應該盡可能地在?然邊界上對?。原因在于，為了訪問未對?的內存，處理器需要 作兩次內存訪問；?對?的內存訪問僅需要?次訪問。假設?個處理器總是從內存中取8個字節(jié)，則地 址必須是8的倍數。如果我們能保證將所有的double類型的數據的地址都對?成8的倍數，那么就可以 ??個內存操作來讀或者寫值了。否則，我們可能需要執(zhí)?兩次內存訪問，因為對象可能被分放在兩 個8字節(jié)內存塊中。
總體來說：結構體的內存對?是拿空間來換取時間的做法。
那么在設計結構體的時候，我們該如何盡可能的讓占用空間更小呢？
解決辦法：讓占?空間?的成員盡量集中在?起，就比如練習一中的例子，S1 和 S2 類型的成員?模?樣，但是 S1 和 S2 所占空間的??有了?些區(qū)別。
2.3 修改默認對?數
結構體在對??式不合適的時候，我們可以??更改默認對?數。
#pragma 這個預處理指令，可以改變編譯器的默認對?數。
#include
#pragma pack(1)//設置默認對?數為1
struct S
{
char c1;
int i;
char c2;
};
#pragma pack()//取消設置的對?數，還原為默認
int main()
{
printf("%d\n", sizeof(struct S));
return 0;
}
運行結果：
這里將默認對齊數從8變成了1，再根據對齊規(guī)則，得到的大小就是6個字節(jié)。
3. 結構體傳參
struct S
{
int data[1000];
int num;
};
struct S s = {{1,2,3,4}, 1000};
//結構體傳參
void print1(struct S s)
{
printf("%d\n", s.num);
}
//結構體地址傳參
void print2(struct S* ps)
{
printf("%d\n", ps->num);
}
int main()
{
print1(s); //傳結構體
print2(&s); //傳地址
return 0;
}
結構體傳參有兩種方式：一種是值傳遞另一種是址傳遞
值傳遞的方式：調用函數的時候，系統(tǒng)要為函數的形參部分分配空間來存放實參的值，相當于又開辟了一份相同的空間。
址傳遞的方式：調用函數的時候，函數的形參部分用結構體指針接收實參的地址，指向的就是實參，系統(tǒng)不會再為形參部分開辟一份與實參相同的空間，可以節(jié)約對內存空間的占用。
那么print1（值傳遞）和 printf2（址傳遞）哪種方式更好呢？其實 printf2 址傳遞的方式更好
原因：
函數傳參的時候，參數是需要壓棧，會有時間和空間上的系統(tǒng)開銷。 如果傳遞?個結構體對象的時候，結構體過?，參數壓棧的的系統(tǒng)開銷?較?，所以會導致性能的下降。
結論： 結構體傳參的時候，盡量傳結構體的地址。
4.?結構體實現位段
4.1 什么是位段
位段的聲明和結構是類似的，有兩個不同：
1. 位段的成員必須是 int、unsigned int 或signed int ，在C99中位段成員的類型也可以選擇其他類型。
2. 位段的成員名后邊有?個冒號和?個數字。（表示成員在內存中所占的比特位）
例如：
struct A
{
int _a:2;
int _b:5;
int _c:10;
int _d:30;
};
?4.2 位段的內存分配
1. 位段的成員可以是 int unsigned int signed int 或者是 char 等類型
2. 位段的空間上是按照需要以4個字節(jié)（ int ）或者1個字節(jié)（ char ）的?式來開辟的。
3. 位段涉及很多不確定因素，位段是不跨平臺的，注重可移植的程序應該避免使?位段。
?位段成員在內存中的分配方式（從左到右，從右到左）是由編譯器決定的
//?個例?
struct S
{
char a:3;
char b:4;
char c:5;
char d:4;
};
struct S s = {0};
s.a = 10;
s.b = 12;
s.c = 3;
s.d = 4;
//空間是如何開辟的？
畫圖演示：
4.3 位段的跨平臺問題
1. int 位段被當成有符號數還是?符號數是不確定的。
2. 位段中最?位的數?不能確定。（16位機器最?16，32位機器最?32，寫成27，在16位機器會 出問題。
3. 位段中的成員在內存中從左向右分配，還是從右向左分配，標準尚未定義。
4. 當?個結構包含兩個位段，第?個位段成員?較?，?法容納于第?個位段剩余的位時，是舍棄 剩余的位還是利?，這是不確定的。
總結： 跟結構相?，位段可以達到同樣的效果，并且可以很好的節(jié)省空間，但是有跨平臺的問題存在。
4.4 位段的應?
下圖是?絡協(xié)議中，IP數據報的格式，我們可以看到其中很多的屬性只需要?個bit位就能描述，這? 使?位段，能夠實現想要的效果，也節(jié)省了空間，這樣?絡傳輸的數據報??也會較??些，對?絡 的暢通是有幫助的。
4.5 位段使?的注意事項
位段的?個成員共有同?個字節(jié)，這樣有些成員的起始位置并不是某個字節(jié)的起始位置，那么這些位 置處是沒有地址的。內存中每個字節(jié)分配?個地址，?個字節(jié)內部的bit位是沒有地址的。 所以不能對位段的成員使?&操作符，這樣就不能使?scanf直接給位段的成員輸?值，只能是先輸? 放在?個變量中，然后賦值給位段的成員。
例如：
struct A
{
int _a : 2;
int _b : 5;
int _c : 10;
int _d : 30;
};
int main()
{
struct A sa = {0};
scanf("%d", &sa._b);//這是錯誤的
//正確的?范
int b = 0;
scanf("%d", &b);
sa._b = b;
return 0;
}
結語
以上就是自定義類型—結構體的內容啦，希望大家看完后能夠靈活運用結構體，并且明白結構體數據在內存中是如何存儲的，在此感謝大家的觀看?。?！
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