C语言10-自定义数据类型-结构体123

本章重点

1. 结构体
2. 结构体类型的声明
3. 结构的自引用
4. 结构体变量的定义和初始化
5. 结构体内存对齐
6. 结构体传参

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

例如描述一个学生：

struct tag
{
	member-list;
}variable-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。

struct
{
	int a;
	char b;
	float c;
}x;
struct
{
	int a;
	char b;
	float c;
}*p;

上面的两个结构在声明的时候省略掉了结构体标签（tag）。但是 p = &x; 是非法的，编译器会把上面的两个声明当成完全不同的两个类型。

4 结构的自引用

//代码1
struct Node
{
	int data;
	struct Node next;
};
// 可以这样自引用吗？
// 如果可以，那sizeof(struct Node)是多少？

正确的自引用方式：

//代码2
struct Node
{
	int data;
	struct Node* next;
};

注意：

//代码3
typedef struct
{
	int data;
	Node* next;
}Node;
//这样写代码可以吗？

不声明标签自引用是错误的，正确的引用方法为：

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

5 结构体变量的定义和初始化

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

//初始化：定义变量的同时赋初值。
struct Point p3 = { 1, 2 };

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

6 结构体内存对齐

计算结构体的大小：

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

struct S2
{
	char c1;
	char c2;
	int i;
};

int main()
{
	printf("%d\n", sizeof(struct S2)); // 8
	printf("%d\n", sizeof(struct S1)); // 12
	return 0;
}

如何计算大小？
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
   • Linux中没有默认对齐数，对齐数就是成员自身的大小

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。

   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。

5. 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。

结构体的内存对齐是拿空间来换取时间的做法。

我们既要满足对齐，又要节省空间，那在设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;
};

7 修改默认对齐数

使用#pragma 这个预处理指令，可以改变默认对齐数。

#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()
{
	printf("%d\n", sizeof(struct S1)); // 12
	printf("%d\n", sizeof(struct S2)); // 6
	return 0;
}

结构在对齐方式不合适的时候，我们可以自己更改默认对齐数。

8 结构体传参

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;
}

首选print2函数。

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。

但是使用print2函数在可能会误修改结构体中的值，我们可以使用 const 来修饰 struct S* ps ，使之不可修改。