【C语言】自定义类型——结构体
目录
一、结构体的类型的声明
形式如下：
struct tag
{
member - list; // 成员列表
}variable - list; // 变量列表，属于全局变量，也可以没有例如，定义一个学生结构体类型，并创建了全局变量s1：
struct Stu
{
char name[20];//名字
int age;//年龄
char sex[5];//性别
char id[20];//学号
}s1;二、结构体变量的创建和初始化
// struct Stu 类型的定义
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
struct Stu s = { "张三", 20, "男", "20230818001" };
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
struct Stu s2 = { .age = 18, .name = "lisi", .id = "20230818002", .sex =
"⼥" };
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;
}三、匿名结构体类型
省略掉结构体标签 (tag)：
struct
{
int a;
char b;
float c;
}x;
struct
{
int a;
char b;
float c;
}a[20], * p;因为匿名结构体类型没有名字，所以如果没有对匿名结构体重命名的话，只能使用一次（创建一次变量，即声明结构体类型的时候就创建）。并且两个成员相同的匿名结构体类型不相同，如下：
四、结构体自引用
结构体中不能包含同类型的结构体成员。因为结构体类型还没完全声明结束就开始使用同类型是不行的（不清楚它的大小），相当于一个类型还不存在的时候就开始使用这个类型，并且仔细想想，这样声明的结构体的大小是无穷大的，如下：
如果结构体想自引用同类型，只能定义为指针类型。指针类型是内置类型，本来就存在，大小也可知（4 或 8字节），如下：
struct Node
{
int data;
struct Node* next;
};如果是对匿名结构体重命名，就算是包含同类型的指针类型，也是不行的，因为在重命名 Node 之前都还不知道这个匿名函数叫啥，就使用 Node 的指针，如下：
因此，结构体自引用不能使用匿名结构体，改为如下就正确了：
typedef struct Node
{
int data;
struct Node* next;
}Node;
五、结构体内存对齐
是计算结构体大小的规则。
（1）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小值。
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。
（2）计算结构体大小练习
练习一：
结构体S1的大小：
结构体S2的大小：
S1 和 S2 类型的成员一模一样，但是 S2 比 S1 占的空间更小，是因为变量 c1 和 c2是放在一起的。因此，让占用空间小的成员尽量集中在一起，更节省空间。
练习二：
结构体S3的大小：
结构体S4的大小：
（3）需要内存对齐的原因
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，某些硬件平台只能在某些地址处取某些特定类型的数据，比如 int 类型数据只能在固定地址处存取，否则抛出硬件异常。为了提高代码的可移植性（对所有硬件平台都适用），需要内存对齐。
② 性能原因
访问未对齐的内存，处理器需要作两次内存访问；而对齐的内存访问仅需要一次访问。比如对于结构体 s：
struct s{
char c;
int i;
};如果内存不对齐：
如果内存对齐：
32位机器上，数据总线是32根，读、写数据的时候，一次就读/写32位(4个字节)。如果不对齐，要读两个字节，才能拼凑出 i；如果对齐，发现第一个字节没有，直接跳到第二个字节，读取一次就可以得到 i 。因此，内存对齐更能节省读取时间（用空间换时间）。
（4）修改默认对齐数
使用 #pragma 预处理指令，示例：
#pragma pack(1)//设置默认对⻬数为1
struct S
{
char c1;
int i;
char c2;
};
#pragma pack()//还原为默认对齐数对齐数通常是 2 的 x 次方，如 1，2，4，8，不能随意设置。
六、结构体传参
一种是传结构体本身，一种是传结构体的地址，如下：
struct S
{
int data[1000];
int num;
};
struct S s = { {1,2,3,4}, 1000 };
//结构体传参
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;
}因为函数传参，参数要压栈，会有空间和时间上的系统开销。如果结构体比较大，传结构体本身，开销就比较大；如果传结构体地址，指针只有 4 个字节，开销就比较小。因此，结构体传参，最好传地址。
七、结构体实现位段
（1）什么是位段
与结构体类似，但有两个不同：
- 成员类型必须是 int、unsigned int、signed int、char，C99 标准中也可以是其它类型。
- 成员名后是 冒号 + 数字。
形式如下：
struct A
{
int _a : 2;
int _b : 5;
int _c : 10;
int _d : 30;
};位段 A 大小是？如果按照结构体的内存对齐的方法计算，4 * 4 = 16 个字节。看看运行结果：
显然不是按结构体的方式计算内存大小，实际上位段的位表示二进制位，冒号后面的数字是该成员的大小，比如 _a 占 2 bit 。但是位段 A 的所有成员的大小加起来是 2+5+10+30 = 47，用 6 个字节（68 bit）就够了，为什么是8 字节呢？请看下节。
（2）位段的内存分配
- 位段每次开辟 4 个字节（int）或者 1 个字节（char）。
- 位段的不确定因素很多（比如每次开辟从左还是右存储；每次开辟的空间不够下一个成员使用，剩余的空间要不要接着使用），不可跨平台，注重可移植性的代码要避免用位段。
如下例子：
struct S
{
char a : 3;
char b : 4;
char c : 5;
char d : 4;
};
int main()
{
struct S s = { 0 };
printf("%d\n", sizeof(s));
s.a = 10;
s.b = 12;
s.c = 3;
s.d = 4;
return 0;
}VS中的规则：
- char 类型，每次开辟一个字节。
- 一个字节内，从右向左使用。
- 一个字节内剩余的 bit 不够下一个成员使用，浪费掉并开辟新的一个字节存放。
定义结构体变量 s 并初始化位段成员值为 0，开辟如下的空间（因为位段是 char 类型，每次开辟 1 个字节空间）：
一共是3个字节。再给所有位段成员赋值（超出的截断，不够的补0）：
调试验证，每 4 bit 是一个十六进制数，那么上面的值用十六进制表示就是（62 03 04）：
调试结果与理论一致：
运行结果：
解决（1）中遗留的问题：
struct A
{
int _a : 2;
int _b : 5;
int _c : 10;
int _d : 30;
};因为位段成员是 int 类型，所以每次开辟 4 个字节（一共开辟了 8 个字节）：
（3）位段的跨平台的问题
- int 位段被当成有符号还是无符号数是不确定的。
- 位段中最大的数目不确定。（32位机器最大位是32，16位机器最大位是16。如果是16位机器，像下面这样写就是错误的，因为 30 位已经超过了最大的 16 位；但在 32 位机器上是正确的。）
struct S
{
int a : 30;
};- 每次开辟的空间，是从左向右，还是从右向左使用是不确定的。
- 每次开辟的空间，剩余的空间不够下一个位段成员使用时，是浪费掉还是接着使用是不确定的。
总结：位段（可以设置使用的位）比结构体（固定的字节）更节省空间，但存在跨平台的问题。
（4）位段的应用
数据在网络上传输，需要遵守网络协议，网络协议中有个IP数据报的概念（相当于快递包裹上的各种邮寄信息，有发件人、收件人，才知道包裹从哪发、发给谁），下面就是IP数据报的格式：
如果不用位段，版本（4位）是整型，分配 4 个字节空间，就会浪费 28 位空间。可以发现每一行信息需要的空间加起来刚好是 32 位（4 个字节），刚好是一个整型的大小，设计成位段，将会没有一点空间浪费。
IP数据报追求节省空间，因为使用更小的空间，网络越通畅。
（5）位段不能使用取地址符&
位段中几个成员共用一个字节，而内存中是按字节编址的，所以一个字节内的 bit 没有地址，就不能对位段成员取地址，如下会报错：
因此，不能使用 scanf 直接给位段成员输入值，只能先输入值放在变量中，变量再赋值给位段成员：
原文地址：https://blog.csdn.net/2401_86272648/article/details/142149828
免责声明：本站文章内容转载自网络资源，如本站内容侵犯了原著者的合法权益，可联系本站删除。更多内容请关注自学内容网（zxcms.com）！