【c语言】自定义类型（struct篇）

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基本定义：结构体通俗讲就像是打包封装，把一些有共同特征（比如同属于某一类事物的属性，往往是某种业务相关属性的聚合）的变量封装在内部，通过一定方法访问修改内部变量。具体一点说，结构体是让一些很散的数据变得很整，不管是网络传输，还是函数传参，还是为了便于你肉眼管理。

一、结构体的声明

1.1 结构的基础知识

结构体是一些数据的集合，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。

1.2 结构体的声明

1. 只有结构体定义，然后再结构体创建变量：

struct Student{ 
      //声明结构体 char name[20]; //姓名 int num; //学号 float score; //成绩 }; struct Student stu1; //定义结构体变量 

2.结构体变量的定义也可以与结构体的声明同时，这样就简化了代码：

 struct Student{ 
      char name[20]; int num; float score; }stu1; 

3.匿名结构体类型：

struct { 
      int a; char b; float c; }x; 

匿名结构体有且只能在项目中使用一次，而且要注意的是这样的方式虽然简单，但不能再次定义新的结构体变量了。

4.typedef修饰的结构体以及结构的自引用

typedef struct Node { 
      int data; struct Node* next; }Node;//将typedef struct Node简化成Node Node next1; struct Node next2; //其实next1和next2都可以创建结构体 

其实这里面涉及到结构的自引用的方法

看下面这段代码：

struct Node { 
       int data; struct Node next; }; 

这段代码能运行吗？

显然是不能的，这种声明是错误的，因为这种声明实际上是一个无限循环，成员next是一个结构体，b的内部还会有成员是结构体，依次下去，无线循环。在分配内存的时候，由于无限嵌套，也无法确定这个结构体的长度，所以这种方式是非法的。

正确的方式：

struct Node { 
       int data; struct Node* next; }; 

1.3结构体变量的定义和初始化

有了结构体类型，那如何定义变量，其实很简单。接下来我直接上代码：

普通结构体：

struct Point { 
        int x; int y; }p1; //声明类型的同时定义变量p1 struct Point p2; //定义结构体变量p2 //初始化：定义变量的同时赋初值。 struct Point p3 = { 
       1, 2}; struct Stu //类型声明 { 
        char name[15];//名字 int age; //年龄 }; struct Stu s = { 
       "zhangsan", 20};//初始化 struct Node { 
        int data; struct Point p; struct Node* next; }n1 = { 
       10, { 
       4,5}, NULL}; //结构体嵌套初始化 struct Node n2 = { 
       20, { 
       5, 6}, NULL};//结构体嵌套初始化 

结构体数组：
和普通数组差不多

//结构体中数组变量定义方法 struct stu{ 
        int array[3]; int age; }; //对于数组和变量同时存在的情况，有如下定义方法： struct test student[3] = { 
       { 
       { 
       66,77,55},18}, { 
       { 
       44,65,33},19}, { 
       { 
       46,99,77},17}}; //特别的，可以简化成： struct test student[3] = { 
       { 
       66,77,55,18}, { 
       44,65,33,19}, { 
       46,99,77,17}}; 

结构体指针：

struct Student { 
        char cName[20]; int number; }student1={ 
       "xiaoming",666}; int main() { 
        struct Student* p; p = &student1; printf("%s %d", p->cName, p->cName);//结构体指针访问数据 } 

用结构体指针变量访问结构体变量成员有以下两种方式：

二、结构体大小计

2.1如何计算呢？

首先得掌握结构体的对齐规则：

1. 第一个成员在与结构体变量偏移量为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大小的较小值。
   （ VS中默认的值为8）
   
   
3. 结构体总大小为最大对齐数（每个成员变量都有一个对齐数）的整数倍。
4. 如果嵌套了结构体的情况，嵌套的结构体对齐到自己的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（含嵌套结构体的对齐数）的整数倍。

那我们直接看题吧，试试计算结构体大小：

struct S1 { 
         char c1; int i; char c2; }; //printf("%d\n", sizeof(struct S1)); 

这个结构体大小是12，怎么算的呢？

首先c1与vs的对齐数比较，c1的对齐数为1，所以可以放在1的倍数的位置。
其次i与vs的对齐数比较，i的对齐数为4，所以可以放在4的倍数的位置，只有4才能放，123位置的空间全浪费了。
最后c2与vs的对齐数比较，c2的对齐数为1，所以可以放在1的倍数的位置。
结构体总大小为最大对齐数4（每个成员变量都有一个对齐数）的整数倍，所以只能又浪费3个空间，凑到4的倍数12的位置。

那我们再来看一个

struct S2 { 
         char c1; char c2; int i; }; printf("%d\n", sizeof(struct S2)); 

这个结构体大小是8

同上可知，c1和c2放在0和1内存上，由于i的原因，2和3的空间被浪费了，所以i放在4-8的空间上。

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)应该尽可能地在自然边界上对齐。 原因在于，为了访问未对齐的内存，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。

总体来说：
结构体的内存对齐是拿空间来换取时间的做法

补充一点，如何修改vs默认对齐数

#include <stdio.h> #pragma pack(8)//设置默认对齐数为8 struct S1 { 
         char c1; int i; char c2; }; #pragma pack()//取消设置的默认对齐数，还原为默认 

让我看一起来看个题吧！

写一个宏，计算结构体中某变量相对于首地址的偏移，并给出说明

这个宏是不是跟结构体地址对齐原理是一样的，其实就是offsetof 宏的实现。

#define offsetof(TYPE, MEMBER) ((size_t) &((TYPE*)0)->MEMBER)

2.2位段

什么是位段？
位段又称为位域。C语言中没有专门的位段类型，位段的定义要借助于结构体，即以二进制位为单位定义结构体成员所占存储空间。从而就可以按“位”来访问结构体中的成员，这一功能是很有用的。某些设备接口之间传输信息是以字节为单位的，字节中的不同位代表不同的控制信号，使用中常常需要单独置值或清零。又如C语言中没有逻辑量，是用0代表“假”，非0代表“真”。实际只需一个二进制位就可存储。利用位段就可以在一个字节中存放几个逻辑量。

位段的声明和结构是类似的，有两个不同：

这个就是位段：

str**加粗样式**uct A { 
          char _a:3; char _b:4; char _c:5; char _d:4; }; printf("%d\n", sizeof(struct A)); 

那位段A的大小是多少？3个字节

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。

跟结构相比，位段可以达到同样的效果，但是可以很好的节省空间，但是有跨平台的问题存在

位段的应用