10分钟带你了解结构体

前言

面对现实问题时，我们通常要面对的事物不是可以单纯分类为char int double之类的数据类型。就如一个学生，我们会用许多“词条”来形容他，如：名字，性别，成绩，年龄········这时候我们就可以使用自定义类型。下面我们将介绍自定义类型之一 -------结构体

提示：以下是本篇文章正文内容，下面案例可供参考

一、结构体的声明

1.1结构的基础知识

结构是一些值的集合，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 结构成员的类型

结构的成员可以是标量、数组、指针，甚至是其他结构体。

1.3 结构的声明

struct tag
{
 member-list;
}variable-list;

例如： 描述一个学生

struct Stu
{
 char name[20];//名字
 int age;//年龄
 char sex[5];//性别
 char id[20];//学号
}; //分号不能丢

这里的：系统会在写{}时自动添加。

1.4 特殊的声明

在声明结构的时候，可以不完全的声明。叫做匿名结构体类型。

这样创造的结构体类型必须在创造时就在}；之间创造变量·。一旦出了；这个结构体就无法再次使用·其来创建结构体变量。当我们遇到只准备使用一次便不在使用时可以采取匿名结构体类型。

//匿名结构体类型
struct
{
 int a;
 char b;
 float c;
}x;
struct
{
 int a;
 char b;
 float c;
}a[20], *p;

上面的两个结构在声明的时候省略掉了结构体标签（ tag ）。

那么问题来了？x与（*p）是否是同一种类型。

这里我们看到明明成员完全一样，但是*p与x的类型不接容。这恰好证明了 匿名结构体类型只可以使用一次。

二、结构体变量的定义和初始化

2.1.如何定义

有了结构体类型，那如何定义变量，其实很简单。

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
int main()
{
	
	struct Point p3;

	return 0;
}

1.声明类型时同时定义变量eg:p1

2.像定义全局变量一样定义，当然这样定义的结构体变量任然可以全局使用。eg:p2.

3.在函数中定义，类似于局部变量 eg:p3

2.2.结构体变量的重命名

typedef struct Stu
{
	char name[20];//名字
	int age;//年龄
	char sex[5];//性别
	char id[20];//学号
}Stu;
struct  stu
{
	int a;
	char b;
	float c;
};
typedef struct stu stu;

第一种，声明时在struct前添加typedef并在}；之间加上所需要的重命名

第二种，与其他的变量一样，要注意的是在未命名时。struct stu是一个整体。

2.3.结构的自应用

前面我们提到结构体的成员可以有结构体类型，那么在结构中包含一个类型为该结构本身的成员是否可以呢？

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

那么这样是否合理呢，我们都知道一个变量在声明时会开辟空间。那么这样声明的结构体所占的内存大小将是无法确定的

正确的自引用方式：

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

将大小为4/8的指针放进结构体大小中，这样结构体大小便会是确定的了。

2.4结构体变量初始化

//初始化：定义变量的同时赋初值。
struct Point p3 = { 1, 2 };
struct Stu 
{
	char name[15];//名字
	int age; //年龄
};
struct Stu s = { "zhangsan", 20 };//初始化
struct Stu g = { .age = 20,.name = "lisi" };

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

在初始化时可以使用“.成员=”，的方式来打乱初始化顺序。

三.结构体成员的访问

结构体变量访问成员

3.1(.)引用

结构变量的成员是通过点操作符（.）访问的。点操作符接受两个操作数。

例如：

我们可以看到 s 有成员 name 和 age ；

那我们如何访问 s 的成员?

struct S s; strcpy(s.name, "zhangsan");// 使用 . 访问 name 成员 s.age = 20;// 使用 . 访问 age 成员

3.2（->）引用

结构体指针访问指向变量的成员

有时候我们得到的不是一个结构体变量，而是指向一个结构体的指针。

那该如何访问成员。

如下

struct Stu
{
	char name[20];
	int age;
};
void print(struct Stu* ps)
{
	printf("name = %s   age = %d\n", (*ps).name, (*ps).age);
	//使用结构体指针访问指向对象的成员
	printf("name = %s   age = %d\n", ps->name, ps->age);
}
int main()
{
	struct Stu s = { "zhangsan", 20 };
	print(&s);//结构体地址传参
	return 0;
}

四.结构体内存对齐

我们已经掌握了结构体的基本使用了。

现在我们深入讨论一个问题：计算结构体的大小。

这也是一个特别热门的考点： 结构体内存对齐

struct S1
	
{
	char c1;
	int i;
	char c2;
};


printf("%d\n", sizeof(struct S1));

结果：12

如何计算 ？

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。

让我们再回顾那道题

首先c1存在0处，然后开始存int ，int的大小是4，默认对齐数为8，那他的对齐数为4。要对齐到某个4的整数倍的地址处，最近的便是4.然后在8处存了c2。这时总大小为9。根据第四原则总大小应该是所有最大对齐数（含嵌套结构体的对齐数）（这里是4）的整数倍。所以总大小为12。

4.2为什么存在内存对齐?

大部分的参考资料都是如是说的：

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。

总的来说

结构体的内存对齐是拿 空间来换取 时间的做法。

那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

//例如：
struct S1
{
 char c1;
 int i;
 char c2;
};
struct S2
{
 char c1;
 char c2;
 int i;
};

S1 和 S2 类型的成员一模一样，但是 S1 和 S2 所占空间的大小有了一些区别。

4.3修改默认对齐数

之前我们见过了 #pragma 这个预处理指令，这里我们再次使用，可以改变我们的默认对齐数.

#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
#pragma pack(1)//设置默认对齐数为1
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));
	printf("%d\n", sizeof(struct S2));
	
		return 0;
}

结果：12 6

结论：

结构在对齐方式不合适的时候，我么可以自己更改默认对齐数。

五.结构体传参

先上代码

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); //传地址
	return 0;
}

上面的 print1 和 print2 函数哪个好些？

答案是：首选 print2 函数。

原因：

函数传参的时候，参数是需要压栈，会有时间和空间上的系统开销。 如果传递一个结构体对象的时候，结构体过大，参数压栈的的系统开销比较大，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。