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社区首页 >专栏 >【C结构体】结构体都不会,学啥数据结构(进阶版)

【C结构体】结构体都不会,学啥数据结构(进阶版)

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MicroFrank
发布2023-01-16 11:56:17
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发布2023-01-16 11:56:17
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                       智者不为情所困

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  • 一.结构体
    • 1-1结构体类型的声明
    • 1-2结构体的自引用
    • 1-3结构体变量的定义和初始化
    • 1-4结构体内存对齐(求结构体所占字节数)
    • 1-5结构体传参
    • 1-6结构体实现位段(bit field)

一.结构体

  • 数据经常会以组的形式存在,例如:用结构体描述一个复杂对象的基本信息–学生,这些值能够存储在一起,访问起来就会简单一些,但是由于这些值的类型互不相同,则无法使用数组存储,因此便有了结构体

1-1结构体类型的声明

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用结构体描述一个复杂对象的基本信息:学生
struct Stu
{//Stu是结构体标签,struct Stu才是结构体类型,相当于int
	char name[20];名字
	int age;年龄
	char sex[2];性别
	char id[20];学号
};分号不能丢

数组元素可以通过下标访问,是因为数组的元素长度相同,但是结构体的成员变量的类型不同,因此不能使用下标访问结构体的成员变量

1-2结构体的自引用

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正确的结构体自引用:结构体的
struct Stu1
{
	int a;
	char b;
	struct Stu1* c;结构体指针变量
};


错误的结构体自引用:
struct Stu2
{
	int a;
	char b;
	struct Stu2 c;结构体
};

结构体包含一个类型为该结构体本身的成员是非法的,有点像永不终止的递归程序; 但是结构体内部包含一个指向该结构体本身的指针是合法的,在单链表中很常见

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单链表中结构体中包含结构体指针的使用:
typedef struct Node
{
	int date;
	struct Node* ps;但不能写成ListNode* ps
//因为这个typedef声明的类型名直到声明的末尾才被定义
}ListNode;

此处的typedef是给struct Node进行了类型重命名,也类似于int,以后就可以直接用Node定义结构体变量

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typedef类型重命名前定义结构体变量:
struct Node newnode;

typedef类型重命名后定义结构体变量:(是不是少些了个struct,适当偷懒)
ListNode newnode;

1-3结构体变量的定义和初始化

结构体的初始化方式和数组的初始化方式很像,结构体成员是否包含数组分别对于一维和二维数组的初始化很像

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struct Stu
{
	char name[20];
	int age;
	char sex[2];
}student1={{宋小宝},18,男};
  • 结构体的成员变量不能是结构体本身,但是可以是另一个结构体
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typedef struct date
{
	int year;
	int month;
	int day;
}Date;

struct Stu
{
	Date a;
	int number;
};
  • 图解:

1-4结构体内存对齐(求结构体所占字节数)

什么是偏移量和对齐数?

  • 偏移量:相对于第一位置存放开始,到第二个位置存放开始之间的地址差
  • 偏移量可以使用offsetof宏来求得(定义与stddef.h)
  • offsetof(type,member)例子即是offsetof(struct Stu,age)
  • 对齐数:该成员变量的字节数和编译器默认对齐数(VS默认是8)中的最小值
  • 每一个成员变量都有自己的对齐数

结构体内存对齐规则:

  1. 第一个成员在与结构体变量偏移量为0的地址处
  2. 从第二个成员开始的每个成员变量要对齐到对齐数的整数倍处
  3. 结构体的整体大小就是最大对齐数的整数倍
  4. 如果嵌套了结构体,嵌套的结构体对齐到自己的最大对齐数的整数倍中,结构体的整体大小就是所有最大对齐数的整数倍

概念麻烦,实际简单的一批

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给你举个例子画个图吧
struct AKIGN
{
	char a;第一个数不用考虑内存对齐,直接放
	int b;第二个数放的位置(偏移量)要是int字节(4)的整数倍,也就是4
	char c;第三个数放的位置(偏移量)要是char字节(1)的整数倍,也就是9
};

由于结构体的整体大小就是所有最大对齐数(这里是4)的整数倍,所以结果总共是占12个字节

  • 图解:

总之就是要综合考虑数据类型和偏移量,匹配整数倍就可以啦,是不是很简单

为什么存在内存对齐? 1.1、平台原因: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 2、性能原因:,对于访问未对齐的内存,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,使得处理起来速度快。 本质: 空间换时间\ 怎样设计可以减少空间浪费? 使得空间小的成员尽量集中在一起

学会了?来几道测试题?

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// 练习2
struct S2
{
	char c1;   1
	char c2;   1-2
	int i;     4-8
};
printf("%d\n", sizeof(struct S2));//要是double(8)个字节的整数倍,答案:占8个字节
//练习3
struct S3
{
	double d;     1-8
	char c;       9
	int i;        12-16
};
printf("%d\n", sizeof(struct S3));//要是double(8)个字节的整数倍,答案:占16个字节
//练习4-结构体嵌套问题
//如果嵌套了结构体,嵌套的结构体对齐到自己的最大对齐数的整数倍中
struct S4
{
	char c1;           1
	struct S3 s3;      8-16
	double d;          16-24
};
printf("%d\n", sizeof(struct S4));//要是double(8)个字节的整数倍,答案:占24个字节

修改默认对齐数

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#include <stdio.h>
#pragma pack(4)//设置默认对齐数为4
struct S1
{
 char c1;
 double i;默认对齐数(4)和成员变量的字节数(8)比较取最小的为默认对齐数(4):4个字节
 char c2;
};
#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
struct S2
{
 char c1;
 int i;
 char c2;
};
#pragma pack()//取消设置的默认对齐数,还原为默认
int main()
{
    //输出的结果是什么?
    printf("%d\n", sizeof(struct S1));答案是16个字节
    printf("%d\n", sizeof(struct S2));答案是6个字节
    return 0;
}

1-5结构体传参

结构体传参的两种方式:(不考虑效率而言)

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1.传结构体本身:
print_struct(struct Stu);

2.传结构体地址:
print_struct(&struct Stu);

关于效率高的传参方式:传结构体指针

  1. 函数形参要压栈,而结构体指针相对占用栈内存小
  2. 如果希望传过去修改成员,则只有传结构体指针
  3. 如果不希望被修改也可以使用const修饰,进行保护
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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;
}

1-6结构体实现位段(bit field)

有的时候我们存放的一个数据并不需要一个字节那么大的空间,而只需要几个比特位就够了,比如我们用二进制表示灯泡的开关,只需要0和1就足够表示这两种状态,那么怎么实现这样减少空间的浪费呐?这就需要用到我们强大的位段。

  • 位段位段,位顾名思义就是二进制位,段就是路段,长度,综合就是二进制位的长度

位段和结构体的声明的区别:

  • 他的成员后面相对于结构体多一个冒号和整数,这个整数指定该位段所占用的位的数目。
  • 位段成员必须声明为int ,unsigned int ,signed int 或char类型
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struct S
{
 char a : 3;
 char b : 4;
 char c : 5;
 char d : 4;
};
int main()
{

	struct S s = { 0 };
	s.a = 10;
	s.b = 12;
	s.c = 3;
	s.d = 4;

	printf("%d\n", sizeof(struct S));
}

注意:注重可移植性的程序应该避免使用位段:(理由如下)

  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

联合体:联合体就是共用同一块内存

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#include<stdio.h>
union UN//如果省去UN就是匿名结构体类型,只能使用一次
{
	int a;
	char ch;
};
int main()
{
	//判断猜测:共用同一块内存
	union UN u;
	printf("%p\n", &(u.ch));//地址1
	printf("%p\n", &(u.a));//地址1
	printf("%d\n", sizeof(u));//4

	u.a = 1;
	printf("%d\n", u.a);//1
	//通过共用一块内存通过改变u.c就能改变u.a
	u.ch = 0;
	printf("%d\n", u.ch);//0

    //判断是大端还是小端
	printf("%d\n", u.ch);//0
	return 0;
}

判断机器是大端机还是小端机:

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union un
{
	int a;
	char c;
};

int test1()
{
	int n = 1;;
	return *(char*)&n;
}


int test2()
{
	union un u;
	u.a = 1;
	return u.c==1;
}

//这里都是使得int类型的变量赋值为1,也就是十六进制的都是00 00 00 01,然后通过让char或者联合本身的特点访问其中的低地址的内容,如果最低的字节内容是1,则是整数的最低字节的内容放在了低地址处,则是小端,反之。。

int main()
{
	int ret=test1();
	if (ret == 0) printf("大端\n");
	else if(ret==1) printf("小端\n");
}

计算联合体的大小: 1.

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原始发表:2022-07-16,如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

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