1、结构体的基础知识
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、结构体的声明
- 基本语法：
//struct:结构体的关键字 struct tag //tag：结构体标签 { //大括号内容：结构体相关属性 member - list; //member - list：成员列表 }variable - list; //变量列表
- 例如描述一个学生：
#include<stdio.h> //结构体类型 struct Stu { char name[20];//名字 int age;//年龄 char sex[5];//性别 char id[20];//学号 }s2, s3, s4; //分号不能丢 //变量列表可有可无，不过上述的s2,s3,s4都是全局变量 int main() { struct Stu s1; //结构体变量 return 0; }
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 //去掉标签 { int a; char b; float c; }x; struct { int a; char b; float c; }a[20], * p;
上面的两个结构在声明的时候省略掉了结构体标签（tag）。就是匿名结构体类型
匿名结构体变量类型在定义变量的时候，必须在结构体{ }之后定义，否则不行。如上
- 那么问题来了？
//在上面代码的基础上，下面的代码合法吗？ p = &x;
- 警告：
编译器认为等号两边时不同的结构体类型，所以这种写法时错误的
4、结构体的自引用
- 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？ err
- 如果可以，那sizeof(struct Node)是多少？
此结构体包含了一个整型4字节，然后又包含了一个结构体变量……以此类推无限套娃，死循环下去就是不知晓大小是何。
- 正确的自引用方式：要存下一个节点的地址，只需要给上一个指针即可。
//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，可行否？ err
- 解决方案：
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 = { 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
6、结构体内存对齐
对齐法则：
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
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。
在做题前首先要知道一个东西 - offsetof - 偏移量（算一个结构体成员相较于这个结构体起始位置的偏移量）
练习1
#include <stdio.h> #include <stddef.h> struct S1 { char c1; int i; char c2; }; // 结构体 S1 的大小是多大? ---》12 int main() { printf("%d\n", sizeof(struct S1)); //12 //计算偏移量 printf("%d\n", offsetof(struct S1, c1)); //0 printf("%d\n", offsetof(struct S1, i)); //4 printf("%d\n", offsetof(struct S1, c2)); //8 return 0; }
练习2
struct S2 { char c1; char c2; int i; }; // 结构体 S2 的大小是多大? ---》8
练习3
struct S3 { double d; char c; int i; }; // 结构体 S3 的大小是多大? ---》16
练习4-结构体嵌套问题
struct S4 { char c1; struct S3 s3; double d; }; // 结构体 S4 的大小是多大? ---》32
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。
画图理解：
没有对齐：
cpu在32位环境是每次4个字节读取的，第一次读取的后3个字节和第二次读取的前1个字节才是我i的数据。
- 对齐：
如果对齐，读一次即可拿到i的数据。对齐后的效率更高一些。
- 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。S1的大小12字节，S2的大小8字节，S2的创建方式既满足对齐，又节省了空间，更优。
7、修改默认对齐数
- VS默认对齐数是8，但是我们可以进行修改。
#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() { //输出的结果是什么？ printf("%d\n", sizeof(struct S1)); //12 printf("%d\n", sizeof(struct S2)); //6 return 0; }
- 结论：
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
- 看代码：
#include<stdio.h> 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); //1000 } //结构体地址传参 void print2(struct S* ps) { printf("%d\n", ps->num); //1000 } int main() { print1(s); //传结构体 print2(&s); //传地址 return 0; }
上面的 print1 和 print2 函数哪个好些？
答案是：首选print2函数。
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。
结论：结构体传参的时候，要传结构体的地址。
