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自定义类型--结构体

news 2025/7/8 3:56:47

1. 结构体类型的声明

这些知识我们在前面讲到过，这里有更仔细的了解结构体。

1.1结构的声明

struct tag

{

member-list;

}

variable-list;

1.2 结构体变量的创建和初始化

#include <stdio.h>
struct  book
{char book_name[50];char auothr[40];float price;char  id[30];}b3, b4 ;//这里也能够定义
int  main()
{struct  book b1 = {"《阳痿怎么自救》","陈韵", 9.9f, "SB20241015"};//这里是结构体的成员struct  book b2 = {"《潮男穿搭》",    "强哥", 18.8f,"SB20241015"};printf("%s %s %f %s\n", b1.book_name, b1.auothr, b1.price, b1.id);printf("%s   %s %f %s\n", b2.book_name, b2.auothr, b2.price, b2.id);return 0;

有时候浮点数在内存中存储不太精准

要比较浮点数的大小不能使用 =如果使用了可能会导致数据不完整，应该用fabs(绝对值)

1.3不完全结构体

struct //这里的名字可以省略，就是匿名机构体，
{
   int a;
   char b;
}s1,s2;
int main()
{

   return 0;

1.4结构的⾃引⽤

struct node 
{int data; // 定义式名称是数据域struct node* next;// 指针域};
int main()
{return 0; 
}

在结构体⾃引⽤使⽤的过程中，夹杂了 typedef 对匿名结构体类型重命名，也容易引⼊问题，看看下⾯的代码，可⾏吗？

2 结构体的内存对齐

在这之前大家可以先来看一下这题的答案是什么？

#include <stdio.h>
struct s1
{int a;char q;char  w;
};
struct s2
{char q; int a;	char  w;
};
int main()
{printf("%zd ", sizeof(struct s1)); printf("%zd ", sizeof(struct s2));return 0;
}

答案是不是出乎意料，s1和s2 都是一样的类型，只是顺序不一样的就会导致变化吗？下面我们来详细了解一下。

2.1offsetof

offsetof 是宏，计算结构体成员相较于结构体变量起始位置的偏移量。我们看到offsetof 的类型，头文件是<stddef.h>

那么我来给大家解释一下为什么会是8呢

当然12也是这样算出来的

2.2 对⻬规则

⾸先得掌握结构体的对⻬规则：

1. 结构体的第⼀个成员对⻬到和结构体变量起始位置偏移量为0的地址处

2. 其他成员变量要对⻬到某个数字（对⻬数）的整数倍的地址处。

对⻬数 = 编译器默认的⼀个对⻬数与该成员变量⼤⼩的较⼩值

VS 中默认的值为 8

- Linux中 gcc 没有默认对⻬数，对⻬数就是成员⾃⾝的⼤⼩

3. 结构体总⼤⼩为最⼤对⻬数（结构体中每个成员变量都有⼀个对⻬数，所有对⻬数中最⼤的）的整数倍。

4. 如果嵌套了结构体的情况，嵌套的结构体成员对⻬到⾃⼰的成员中最⼤对⻬数的整数倍处，结构体的整体⼤⼩就是所有最⼤对⻬数（含嵌套结构体中成员的对⻬数）的整数倍。

那么结构图的偏移量具体是怎么对齐的呢

根据对齐规则来判断

下面再来看一个代码，看看你掌握看了没有.

#include <stdio.h>
struct S3
{double d;char c;int i;
};int main()
{printf("%zd", sizeof(struct S3));return 0;
}

相信这么，聪明的你一定算对了，没有对也没关系，我们在花些时间理解上面的逻辑。当然下面我也会给大家讲解的。

当然我们只讲了前面三条规则，还有第四条，下面我来给大家介绍

大家先来看下面的嵌套结构体代码：

#include <stdio.h>
struct S3
{double d;char c;int i;
};
struct S4
{char c1;struct S3 s3;double d;
};int main()
{//printf("%zd", sizeof(struct S3));printf("%d\n", sizeof(struct S4));return 0;
}

下面给大家来详细画出图，下面也就是第四条的规则。

2.3 为什么存在内存对⻬?

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⻬。原因在于，为了访问未对⻬的内存，处理器需要作两次内存访问；⽽对⻬的内存访问仅需要⼀次访问。假设⼀个处理器总是从内存中取8个字节，则地址必须是8的倍数。如果我们能保证将所有的double类型的数据的地址都对⻬成8的倍数，那么就可以⽤⼀个内存操作来读或者写值了。否则，我们可能需要执⾏两次内存访问，因为对象可能被分放在两个8字节内存块中。

总体来说：结构体的内存对⻬是拿空间来换取时间的做法

那么如何尽量小的避免这些情况呢？

让占⽤空间⼩的成员尽量集中在⼀起

当成员类型相同的放在一起的时候就会有效的避免空间浪费

2.4修改默认对⻬数

如果你觉得编译器默认的对齐数不符合你现在的要求，那么我们可以将它改变一下，当然对齐数要改成2 的次方数，

//#pragma pack(2)//将对齐数修改成了2 尽量写成2的次方数 struct s1
{char a;	char c;int b;
};
#pragma pack()//这里是对齐数为 默认值
int main()
{printf("%zd ", sizeof(struct s1));return 0;
}

3. 结构体传参

#include <stdio.h>
void  print(struct  S1 tmp)
{int i = 0;for (i = 0; i < 10; i++){printf("%d ", tmp.arr[i]);}printf("\n");printf("%c\n", tmp.n);printf("%d\n", tmp.a);}
struct S1
{int arr[1000];char n;int a;
};
int main()
{struct S1 s = { {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10},{'w'},100 };print(s);return 0;
}

当我们运行的时候会出现下面情况，

这个的原因是没有把定义的结构体放前面声明，我们只只需要把struct S1 放到print函数前面声明即可，

来看看下面代码是使用函数和结构体指针的完成的打印

#include <stdio.h>
struct S1
{int arr[1000];char n;int a;
};
void  print(struct  S1 tmp)
{int i = 0;for (i = 0; i < 10; i++){printf("%d ", tmp.arr[i]);}printf("\n");printf("%c\n", tmp.n);printf("%d\n", tmp.a);}
void print1(struct S1* ps)//使用指针也是可以的。
{int i = 0;for (i = 0; i < 10; i++){printf("%d ", ps->arr[i]);}printf("\n");printf("%c\n", ps->n);printf("%d\n", ps->a);}int main()
{struct S1 s = { {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10},{'w'},100 };print(s);print1(&s);return 0;

当然这两种写法都是可以用的，但是相对于第一种方法没有第二种方法更高效。

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。

总结：结构体传参优先传地址

4 结构体实现位段

4.1什么是位段

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 ，在C99中位段成员的类型也可以选择其他类型。

2. 位段的成员名后边有⼀个冒号和⼀个数字。

struct A
{
   int _a : 2;//这个后面是比特位，一个整型有32位bit
   int _b : 5;
   int _c : 10;
   int _c : 30;
};

4.2 位段的内存分配

1. 位段的成员可以是 int unsigned int signed int 或者是 char 等类型

2. 位段的空间上是按照需要以4个字节（ int ）或者1个字节（ char ）的⽅式来开辟的。

3. 位段涉及很多不确定因素，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
{char a:3;char b:4;char c:5;char d:4;
};
struct S s = {0};
s.a = 10;
s.b = 12;
s.c = 3;
s.d = 4;

结果为什么是3 呢？如图所示，大概就是这样。当然我们只是假设从右向左，内存空间不够开辟下一个这都是未确定的.

可以在内存中发现这个存储的数字对不对。

4.3 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，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。

总结：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。

4.4 位段的应⽤

是⽹络协议中，IP数据报的格式，我们可以看到其中很多的属性只需要⼏个bit位就能描述，这⾥使⽤位段，能够实现想要的效果，也节省了空间，这样⽹络传输的数据报⼤⼩也会较⼩⼀些，对⽹络的畅通是有帮助的

4.5 位段使⽤的注意事项

位段的⼏个成员共有同⼀个字节，这样有些成员的起始位置并不是某个字节的起始位置，那么这些位置处是没有地址的。内存中每个字节分配⼀个地址，⼀个字节内部的bit位是没有地址的。所以不能对位段的成员使⽤&操作符，这样就不能使⽤scanf直接给位段的成员输⼊值，只能是先输⼊放在⼀个变量中，然后赋值给位段的成员

如下：

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

};
int main()
{
   struct A sa = { 0 };
   scanf("%d", &sa._b);//这是错误的

   //正确的⽰范
   int b = 0;
   scanf("%d", &b);
   sa._b = b;
   return 0;
}

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