【C语言】结构体进阶

一、结构体

      1. 结构体的声明

 

               （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。

       

               （2）结构的声明

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

                例如描述一个学生：

list;
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

              （3）特殊的声明

                在声明结构的时候，可以不完全的声明。

                比如：

        

                

//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;

      2.结构的自引用

 

                在结构中包含一个类型为该结构本身的成员是否可以呢？

        

//代码1
struct Node
{int data;struct Node next;
};
//可行否？
如果可以，那sizeof(struct Node)是多少？

注意：

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

      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。

struct Point
{int x;int y;
}p1; //声明类型的同时定义变量p1struct 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 = {x, y};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

      4. 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;
};
//练习2
struct S2
{char c1;char c2;int i;
};
struct S3
{double d;char c;int i;
};//练习4-结构体嵌套问题
struct S4
{char c1;struct S3 s3;double d;
};int main()
{printf("%d\n", sizeof(struct S1));printf("%d\n", sizeof(struct S2));printf("%d\n", sizeof(struct S3));printf("%d\n", sizeof(struct S4));
}

代码解析：

 

画图解析：

                        内存对齐的规则       

                        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

        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。

       

        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。

 

 

       5.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。

        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。

        6.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));printf("%d\n", sizeof(struct S2));return 0;
}

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。