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结构体

结构体类型的声明

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。

结构体的声明

struct tag
{
 member-list;//成员列表
}variable-list
;

//声明一个结构体类型
//声明一个学生类型，是想过学生类型来创建学生变量（对象）
//描述学生：属性-名字+电话+性别+年龄

struct Stu
{
    char name[20];//名字
    char tele[12];//电话
    char sex[10];//性别
    int age;
} s4,s5,s6;//全局变量

struct Stu s3;//全局变量

int main()
{
    //创建的结构体变量
    struct Stu s1;//局部变量
    struct Stu s2;

    return 0;
}

特殊的声明

在声明结构的时候，可以不完全的声明。

//匿名结构体类型，在声明的时候省略掉了结构体标签（tag）
struct 
{
    int a;
    char c;
}sa;
//匿名结构体指针类型
struct
{
    int a;
    char c;
}* psa;

int main()
{
    psa = &sa;
    return 0;
}

警告：编译器会把上面的两个声明当成完全不同的两个类型。所以是非法的。

结构的自引用

//错误代码,sizeof(struct Node)
struct Node 
{
    int data;//4
    struct Node next;
};

//正确代码，结构体的自引用
struct Node 
{
    int data;//4
    struct Node* next;//4/8
};

//这种写法没问题
typedef struct Node
{
    double d;
    int data;//4
    struct Node* next;//4/8
}Node;
//err
// typedef Node
// {
//  double d;
//  int data;//4
//  Node* next;//4/8
// }Node;


int main()
{
    struct Node n1;
    Node n2;

    return 0;
}

结构体变量的定义和初始化

struct T
{
    double weight;
    short age;
};
struct S
{
    char c;
    struct T st;
    int a;
    double d;
    char arr[20];
};

int main()
{
    //struct S s = {'c', 100, 3.14, "hello"};//初始化
    struct S s = { 'c', {55.6, 30}, 100, 3.14, "hello" };//结构体嵌套初始化

    printf("%c %d %lf %s\n", s.c, s.a, s.d, s.arr);
    printf("%lf\n", s.st.weight);
    return 0;
}

结构体内存对齐

考点 如何计算？首先得掌握结构体的对齐规则：

第一个成员在与结构体变量偏移量为0的地址处。
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 Linux gcc- 没有默认对齐数该成员的大小就是对齐数
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。

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为什么存在内存对齐?

大部分的参考资料都是如是说的：

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。
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。

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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。

如下面代码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。

struct S1
{
    char c1;//1
    int a;//4
    char c2;//1
};

struct S2
{
    char c1;//1
    char c2;//1
    int a;//4
};

struct S3
{
    double d;//8
    char c;//1
    int i;//4
};

struct S4
{
    char c;//1
    struct S3 s3;//16
    double d;//8
};

int main()
{
    struct S1 s1 = {0};
    printf("%d\n", sizeof(s1));//12
    struct S2 s2 = { 0 };
    printf("%d\n", sizeof(s2));//8
    struct S3 s3;
    printf("%d\n", sizeof(s3));//16
    struct S4 s4;
    printf("%d\n", sizeof(s4));//32
    return 0;
}

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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。

//设置默认对齐数位4
#pragma pack(4)
struct S //12 不设置对齐数为16
{
    char c1;//1
    //3
    double d;//8 4 4
};
#pragma pack()
//取消设置的默认对齐数


//设置默认对齐数位1
#pragma pack(1)
struct S//9 不设置对对齐数为16
{
    char c1;//1
    //3
    double d;//8 4 4
};
#pragma pack()
//取消设置的默认对齐数

写一个宏，计算结构体中某变量相对于首地址的偏移，并给出说明

考察： offsetof 宏的实现。详细代码参考

offsetof (type,member)//返回偏移量

#include <stddef.h>
#include <stdio.h>
struct S
{
    char c1;
    int a;
    char c2;
};
#define OFFSETOF(struct_name, member_name) (int)&(((struct_name*)0)->member_name)
int main()
{
    //offsetof();
    printf("%d\n", offsetof(struct S, c1));//0
    printf("%d\n", offsetof(struct S, a));//4
    printf("%d\n", offsetof(struct S, c2));//8

    printf("%d\n", OFFSETOF(struct S, c1) );//0
    printf("%d\n", OFFSETOF(struct S, a) );//4
    printf("%d\n", OFFSETOF(struct S, c2) );//8

    return 0;
}

结构体传参

struct S
{
    int a;
    char c;
    double d;
};

void Init(struct S* ps)
{
    ps->a = 100;
    ps->c = 'w';
    ps->d = 3.14;
}

//传值
void Print1(struct S tmp)
{
    printf("%d %c %lf\n", tmp.a, tmp.c, tmp.d);
}

//传址
void Print2(const struct S* ps)
{
    printf("%d %c %lf\n", ps->a, ps->c, ps->d);
}

int main()
{
    struct S s = {0};
    Init(&s);
    // Init(s);err//结构体传参的时候，要传结构体的地址。
    Print1(s);
    Print2(&s);

    /*s.a = 100;
    s.c = 'w';
    s.d = 3.14;

    printf("%d\n", s.a);*/
    return 0;
}

print2 函数优于 print1 ,因为

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。

结构体实现位段（位段的填充&可移植性）

位段位指的是二进制位

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 、signed int 、short char 位段成员类型必须一致
2.位段的成员名后边有一个冒号和一个数字。

struct S //位段类型
{
    int a : 2;//2个比特位，4个状态
    int b : 5;//5个比特位
    int c : 10;
    int d : 30;
};
//2+5+10+30=47
//47bit - 6个字节*8 = 48bit
int main()
{
    struct S s;
    printf("%d\n", sizeof(s));//8个字节
    return 0;
}

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位段的内存分配

位段的成员可以是 int unsigned int signed int 或者是 char （属于整形家族）类型
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。
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。

struct S
{
    char a : 3;
    char b : 4;
    char c : 5;
    char d : 4;
};

int main()
{
    struct S s = {0};

    s.a = 10;
    s.b = 20;
    s.c = 3;
    s.d = 4;

    return 0;
}

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位段的跨平台问题

int 位段被当成有符号数还是无符号数是不确定的。
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。
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。
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，但是可以很好的节省空间，但是有跨平台的问题存在。

位段的应用

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枚举

枚举顾名思义就是一一列举。

把可能的取值一一列举。

比如我们现实生活中：

一周的星期一到星期日是有限的7天，可以一一列举。
性别有：男、女、保密，也可以一一列举。
月份有12个月，也可以一一列举
颜色也可以一一列举。

枚举类型的定义

取值都是有值的，默认从0开始，一次递增1，当然在定义的时候也可以赋初值

//枚举类型
enum Sex
{
    //枚举的可能取值-常量
    MALE,
    FEMALE =9,//初始值
    SECRET
};

enum Color
{
    RED,//0
    GREEN,//1
    BLUE//2
}
//c语言的源代码--预编译-->编译---链接--->可执行程序
#define RED 0
#define GREEN 1
#define BLUE 2

int main()
{
    //enum Sex s = MALE;
    //enum Color c = 2;//int err 
    //enum Color c = RED;//只能拿枚举常量给枚举变量赋值，才不会出现类型的差异。
    int color = RED;
    //printf("%d %d %d\n", RED, GREEN, BLUE);
    //printf("%d %d %d\n", MALE, FEMALE, SECRET);
    return 0;
}

枚举的优点

我们可以使用 #define 定义常量，为什么非要使用枚举？枚举的优点：

增加代码的可读性和可维护性
和#define定义的标识符比较枚举有类型检查，更加严谨。
防止了命名污染（封装）
便于调试
使用方便，一次可以定义多个常量

枚举的大小

枚举变量的大小，实质是常数所占内存空间的大小（常数为int类型，当前主流的编译器中一般是32位机器和64位机器中int型都是4个字节），枚举类型所占内存大小也是这样。

enum Sex
{
    MALE,
    FEMALE,
    SECRET
};

int main()
{
    enum Sex s = MALE;
    printf("%d\n", sizeof(s));//4

    return 0;
}

联合

联合类型的定义

联合也是一种特殊的自定义类型这种类型定义的变量也包含一系列的成员，特征是这些成员公用同一块空间（所以联合也叫共用体）。

union Un
{
    char c;//1
    int i; //4
};

int main()
{
    union Un u;//联合变量的定义
    printf("%d\n", sizeof(u));//4

    printf("%p\n", &u);//00B6FD24
    printf("%p\n", &(u.c));//00B6FD24
    printf("%p\n", &(u.i));//00B6FD24

    return 0;
}

联合的特点

联合的成员是共用同一块内存空间的，这样一个联合变量的大小，至少是最大成员的大小（因为联合至少得有能力保存最大的那个成员）。

联合大小的计算

联合的大小至少是最大成员的大小。当最大成员大小不是最大对齐数的整数倍的时候，就要对齐到最大对齐数的整数倍。

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union Un
{
    int a;//4 8 4
    char arr[5];//5 1 8 1
};

int main()
{
    union Un u;
    printf("%d\n", sizeof(u));//8
    return 0;
}

判断当前计算机的大小端存储

int a = 0x11223344;
//低地址-------------------->高地址
//....[][][][][11][22][33][44][][][][][][][]...  大端字节序存储模式
//....[][][][][44][33][22][11][][][][][][][]...  小端字节序存储模式
//讨论一个数据，放在内存中的存放的字节顺序
//大小端字节序问题

// int check_sys()
// {
//  int a = 1;
//  //返回1，表示小端
//  //返回0，表示大端
//  return *(char*)&a;
// }

int check_sys()
{
    union //匿名结构体就用一次
    {
        char c;
        int i;
    }u;

    u.i = 1;//
    //返回1，表示小端
    //返回0，表示大端
    return u.c;
}

int main()
{
    int ret = check_sys();

    if (1 == ret)
    {
        printf("小端\n");
    }
    else
    {
        printf("大端\n");
    }
    return 0;
}

最近更新于 0001-01-01

结构体

结构体类型的声明

结构的基础知识

结构体的声明

特殊的声明

结构的自引用

结构体变量的定义和初始化

结构体内存对齐

修改默认对齐数

写一个宏，计算结构体中某变量相对于首地址的偏移，并给出说明

结构体传参

结构体实现位段（位段的填充&可移植性）

位段 位指的是二进制位

位段的内存分配

位段的跨平台问题

总结

位段的应用

枚举

枚举类型的定义

枚举的优点

枚举的大小

联合

联合类型的定义

联合的特点

联合大小的计算

判断当前计算机的大小端存储

位段位指的是二进制位