C语言——自定义类型详解（结构体）

文章目录

- C语言——自定义类型详解（结构体）
- 结构体
- 结构体的声明
- 结构体的自引用
- 结构体变量的定义和初始化
- 结构体内存对齐
- 修改默认对齐数
- 结构体传参
- 位段

C语言——自定义类型详解（结构体）

本章重点：

结构体

1.结构体类型的声明

2.结构体的自引用

3.结构体变量的定义和初始化

4.结构体内存对齐

5.结构体传参

6.结构体实现位段（位段的填充&可移植性）

枚举

1.枚举类型的定义

2.枚举的优点

3.枚举的使用

联合

1.联合类型的定义

2.联合的特点

3.联合大小的计算

结构体

结构体的声明

struct tag
{
	member_list;
}variable_list;

例如描述一个学生：

struct Stu
{
	char name[20];//姓名
	int age;//年龄
	char sex[5];//性别
	char id[20];//学号
};

特殊的声明

在声明结构体的时候，可以不完全的声明

比如：

struct
{
	int a;
	char b;
	float c;
}x;
struct
{
	int a;
	char b;
	float c;
}a[20], *p;

上面的两个结构体省略了标签tag

那么问题来了？

//在上面的代码基础下，下面的代码是否合法？
p = &x;

**警告：**编译器会把上面的两个声明当成完全不同类型的结构体，所以是非法的

结构体的自引用

正确的自引用方式

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

这样的代码是错误的

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

//解决方案
typedef struct Node
{
	int data;
	struct Node* next;
}Node;

结构体变量的定义和初始化

有了结构体类型，那如何定义变量呢

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始值
struct Point p3 = { 1,2 };

struct Stu
{
	char name[20];
	int age;
};
struct Stu s = { "zhangsan",20 };
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 };

结构体内存对齐

我们深入讨论一个问题：如何计算结构体的大小

这也是一个热门的考点：结构体内存对齐

//代码一
struct S1
{
	char c1;
	int i;
	char c2;
};
int main()
{
	struct S1 s = { 0 };
	printf("%d\n", sizeof(s));
	return 0;
}

//代码二
struct S1
{
	char c1;
	char c2;
	int i;
};
int main()
{
	struct S1 s = { 0 };
	printf("%d\n", sizeof(s));
	return 0;
}

代码一和代码二的结果分别是12和8，为什么存储的是一样的数据，只是位置不同，就导致大小不同了呢

如何计算？首先要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编译器默认的值是8

Linux中的默认值是4

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下，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

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结构体嵌套问题计算大小

struct S1
{
	char c1;
	int i;
	char c2;
};
struct S2
{
	char c1;
	struct S1 s;
	double d;
};
int main()
{
	struct S2 s2 = { 0 };
	printf("%d\n", sizeof(s2));
	return 0;
}

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为什么存在内存对齐

平台原因（移植原因）：不是所有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
性能原因：数据结构（尤其是栈）应该尽可能的在自然边界上对齐，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换取时间的做法

那么在设计结构体的时候，我们既要满足对齐，又要节省空间，如何做到：

让占用空间小的成员尽量集中在一起

修改默认对齐数

#pragma这个预处理指令，可以改变我们的默认对齐数

#pragma pack(4)//设置默认对齐数为8
#pragma pack()//取消设置的默认对齐数，还原为默认
#pragma pack(1)//设置默认对齐数为8

结论：

结构体在对齐方式不合适的时候，我们可以自己更改默认对齐数

百度面试题

写一个宏，计算结构体中某变量对于首地址的偏移，并给出说明

考察：offsetof 宏的实现

#include <stddef.h>
#include <stdio.h>
struct S
{
	char c;
	int a;
	double d;
};
int main()
{
	printf("%d\n", offsetof(struct S, c));
	printf("%d\n", offsetof(struct S, a));
	printf("%d\n", offsetof(struct S, d));
	return 0;
}

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结构体传参

直接看代码：

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);//传结构体的地址
	return 0;
}

上面的print1和print2函数哪个更好？

答案是：首选print2函数；原因：

函数传参的时候，参数是需要压栈的，会有时间和空间的系统开销

如果传递了一个结构体对象的时候，结构体过大，参数压栈的系统开销比较大，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。

位段

什么是位段？

位段的声明和结构是类似的，有两个不同：

1.位段的成员必须是int、unsigned int或signed int

位段的成员名后面有一个冒号和数字

比如：

struct A
{
	int a : 2;
	int b : 5;
	int c : 10;
	int d : 30;
};

A就是一个位段类型

那么位段A的大小是多少呢？

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位段的内存分配

位段的成员可以是 int unsigned int signed int 或者是char（属于整形家族）类型
位段的空间上是按照需要以四个字节（int）或者一个字节（char）的方式开辟的
位段涉及很多不确定的因素，位段是不跨平台的，注重可移植的程序应该避免使用位段

例子：

struct S
{
	int a : 2;
	int b : 5;
	int c : 10;
	int d : 30;
};
int main()
{
	struct S s = { 0 };
	s.a = 10;
	s.b = 12;
	s.c = 3;
	s.d = 4;
	//那么空间是如何开辟的呢
	return 0;
}

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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，无法容纳第一个位段剩余的位时，是舍弃剩余的位段还是利用，这是不确定的

总结：

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

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