C语言探索之旅：深入理解结构体的奥秘

目录

引言

一、什么是结构体？

二、结构体类型的声明和初始化

1、结构体的声明

2、结构体的初始化

3、结构体的特殊声明

4、结构体的自引用

5、结构体的重命名

三、结构体的内存对齐

1、对齐规则

2、为什么存在内存对齐？

3、修改默认对齐数

三、结构体传参

四、结构体的位段

1、什么是位段？

2、位段的内存分配

3、位段的跨平台问题

4、注意事项

五、结语

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引言

在C语言的世界里，结构体是一项强大的工具，它让我们能够将多种不同类型的数据组合在一起，构建复杂的数据模型。无论是模拟现实中的实体对象，还是组织程序中的多信息数据，结构体都扮演着不可或缺的角色。本文将带你从基础入门，逐步探索结构体的定义、使用方法以及在实际开发中的应用技巧，帮助你更高效地掌握C语言的核心知识。

一、什么是结构体？

首先来回顾一下数组的定义：数组就是相同类型元素的集合。但是，实际中描述某个物体的数据绝大部分都是不同类型，这时候就需要一个新的东西来把这些数据集合起来：结构体

结构体就是存放不同类型的数据的集合。

二、结构体类型的声明和初始化

1、结构体的声明

struct name
{int member1;double member2;char member3;//……
};//分号不能丢掉！

struct 是语法要求 ，

name为结构体的名字，自己可以随便起名，

大括号里的 member 为结构体的成员，

最后的分号不能丢掉！

2、结构体的初始化

要想初始化结构体，我们首先要声明一个结构体：

struct student
{char name[20]; //学生的姓名int mumber;    //学生的学号double score;  //学生的平均分
};

如上代码，我创建了一个学生的结构体，包含了姓名，学号和平均分，下面就要创建一个结构体变量：

int main()
{struct student n1;return 0;
}

n1 就是一个结构体变量，对其初始化跟普通的变量一致：

struct student n1 = {"sichenglang" ,5438438 , 48.38};

3、结构体的特殊声明

有特殊结构体是可以匿名的：

struct 
{char name[20]; //学生的姓名int mumber;    //学生的学号double score;  //学生的平均分
}n1; //创建了一个结构体变量 n1

但是，匿名结构体只能使用一次，即创建一个变量 n1。

那么如果再次创建一个元素相同的匿名变量呢？

struct student
{char name[20]; //学生的姓名int mumber;    //学生的学号double score;  //学生的平均分
}n2;

编译器认为，这两个结构体是两种结构体，如果你要 n1 = n2 ; 那么编译器就会发出警告！

4、结构体的自引用

结构体内不可能嵌套它本身，如同下面的代码：

struct tong
{int ma;struct tong si;
};

这个代码编译器会发出警告！因为 sizeof(struct tong) = sizeof(struct tong) + sizeof(int)  显然这是不可能的

因此，结构体自引用只能以指针的形式：

struct tong
{int a;struct tong* si;
};

其实这玩意就是单链表的一个元素

5、结构体的重命名

用 typedef 来给结构体重命名：

typedef struct tong
{int si;char lang;
}ma;

这里我们可以在结构体声明的时候就顺带重命名了

struct tong n1;
ma n1;

以上两行代码是等价的

三、结构体的内存对齐

先来看看以下代码：

struct s1
{char c1;char c2;int n;
};struct s2
{char c1;int n;char c2;
};int main()
{printf("%zu\n" ,sizeof(struct s1));printf("%zu\n" ,sizeof(struct s2));return 0;
}

结果是：

这就是由结构体的内存对齐造成的

1、对齐规则

（1）、第一个成员对齐到结构体变量起始位置偏移量为0的位置

（2）、从第二个成员开始，都要对齐到某个对齐数的整数倍的位置

   对齐数 = 编译器默认对齐数与该成员大小的较小值

   VS的默认对齐数为8 

（3）、结构体总的大小为最大对齐数的整数倍 （含嵌套里面的结构体的对齐数）

下面是结构体s1 和 s2 对齐结构图

最终的大小为4的倍数就是8

而现在，从 0 ~8 共9个字节，我们要求的是最大偏移量 4 的整数倍，那么就只有12了

2、为什么存在内存对齐？

平台原因，性能原因

总的来说，是用空间换取时间的做法

3、修改默认对齐数

用 #pragma 这个指令，具体看下面的例子：

#pragma pack(1) //设置数一般都是2的几次方
struct s1
{char c1;int n;char c2;
};
#pragma pcak() //还原默认对齐数

三、结构体传参

函数传参的时候，参数是需要压栈，会耗费时间和空间，如果传递的结构体过大，那么时间和空间的耗费就比较大，导致性能下降

结论：结构体传参，尽量传地址

 

四、结构体的位段

1、什么是位段？

这里直接举个例子说明：

struct A
{int _a : 2;int _b : 5;int _c : 10;int _d : 30;
};

冒号后面的数字比啊是这个成员要占用的比特位的数量，比如a只占两个比特位

位段的成员必须是 int ，unsigned int ,signed int 类型

2、位段的内存分配

位段的空间上是按照需要以4个字节（int）或者 1个字节（char）来开辟空间的

例如这个位段：

struct S
{char a : 3;char b : 4;char c : 5;char d : 4;
};
//sizeof(struct S) = 3

它在内存中是这样分配的：

3、位段的跨平台问题

位段中的最大位数目不确定；

位段中成员在内存中从左向右分配还是从右向左分配不确定

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

4、注意事项

不能对位段成员取地址，也不能用scanf对位段成员输入，但可以

int b = 0;
scanf("%d" ,&b);
S._b = b;

五、结语

结构体作为C语言中实现复杂数据管理的重要机制，理解并善用它，能够极大地提升你的程序设计水平。从定义到操作，从简单到复杂，逐步掌握结构体的使用技巧，你将在C语言的编程世界中游刃有余。希望这篇文章能为你的学习提供有价值的启示，让你在未来的开发道路上更加自信和高效。