【C】一篇文章搞懂C语言的自定义类型之结构体的从入门到入坟

自定义类型

自定义类型一共只有三种:
1.结构体类型
2.枚举类型
3.联合类型

结构体类型

c语言中已经有了float、int、double等数据类型存放某一个数据,有了数组来存放一堆相同类型的数据,如果想存储一堆不同类型的数据就需要使用到结构体类型

一、结构体类型的声明

1.非匿名结构体的声明

非匿名结构体声明模板:
struct 结构体名字{
	数据成员;
}变量名;	//这里的定义变量可以省略
例子:
struct Student{
	char name[20];	//姓名
	int age;		//年龄
	char sex[5];	//性别
	char id[10];	//学号
};	//分号不能省略 很重要
struct Dog{
	char name[20];
	double weight;
}dog;	//声明结构体的同时定义了一个名字为dog的结构体类型变量

2.匿名结构体的声明

定义结构体时,省略了结构体名字

匿名结构体声明模板:
struct {
	int a;
	char b;
	double c;
}x;
struct {
	int a;
	char b;
	double c;
}*p;

想一想:如果p指向了x,这种操作合法吗?

p = &x;

这种操作不合法,原因是编译器会将这两个声明当成两个完全不同的结构体类型,所以是非法的。

二、结构体的自引用

例子:
//错误例子1:
struct Node{
	int data;
	struct Node nextNode;
};
//错误例子2:
struct Node{
	int data;
	Node nextNode;
}x;
//正确例子:
struct Node{
	int data;
	struct Node* nextNode;	//用于存放其他结构体变量的地址
};

三、结构体变量的定义与初始化

结构体变量的定义:
struct Point{
	int x;
	int y;
}p1;		//定义结构体变量p1
struct Point p2;	//定义结构体变量p2

结构体变量的初始化
int x = 10,y = 10;
p1 = {x,y};		//初始化p1
p2 = {20,20};	//初始化p2

struct Node{
	int data;
	struct Node* nextNode;
}p3 = {10,NULL};	//定义并初始化p3

四、结构体传参

结构体传参有两个选择:
1.传值
2.传址

1.结构体传值

形参是结构体变量时,该形参仅仅只是实参的拷贝,对形参的操作并不会影响到实参

struct Point{
	int x;
	int y;
};
void initial(struct Point n){
	int x = 10;
	int y = 10;
	n = { x, y };
}
int main(){
	struct Point p = { 15, 15 };
	initial(p);
	printf("%d %d\n", p.x, p.y);	//15 15

	return 0;
}

2.结构体传址

形参是结构体指针变量时,将实参结构体变量的地址传入函数中,操作指针间接对实参进行修改

struct Point{
	int x;
	int y;
};
void initial(struct Point* n){
	int x = 10;
	int y = 10;
	*n = { x, y };
}
int main(){
	struct Point p = { 15, 15 };
	initial(&p);
	printf("%d %d\n", p.x, p.y);	//10 10
	
	return 0;
}

五、内存对齐(计算结构体大小)

1.对齐规则

想一想:结构体变量所占内存大小只是其变量所占内存大小的简单累加吗?
答案:并不是的。

看这段代码运行结果:

struct S1
{
	char c1;
	int i;
	char c2;
};
int main(){
	struct S1 s = {'a',2,'a'};
	printf("%d\n", sizeof(s));

	return 0;
}

运行结果:12

s的内存图:
在这里插入图片描述

由此可见,1 + 1+ 4 ≠ 12
其实结构体所占内存的大小遵循内存对齐规则

内存对齐规则:
1.对齐数字:结构体中所占内存最大的成员变量编译器默认的对齐数字较小值。(说明:如果结构体有两个char和一个int,
2.编译器默认的对齐数字是8字节,则对齐数字就是较小的int所占的字节数4)
3.每一个成员变量的起始地址必须是对齐数字的整数倍
4.结构体总大小最大对齐数整数倍
5.如果结构体的成员变量有结构体变量,这种情况下,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(包含嵌套结构体的对齐数)的整数倍

为什么存在内存对齐?
原因:
1.平台原因(移植原因):不是所有的硬盘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: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。

内存未对齐图解
在这里插入图片描述
内存对齐图解
在这里插入图片描述
总的来说:结构体的内存对齐是拿空间来换取时间的做法。

2.设计结构体

那么在设计结构体时,我们既要满足对齐,又要节省空间,如何做到?
答案:尽量让占用空间小的成员集中在一起

struct S1
{
	char c1;
	int i;
	char c2;
};
struct S2
{
	char c1;
	char c2;
	int i;
};

上述两段代码哪一个占用空间最小?
S1占12字节;S2占8字节

内存图解
在这里插入图片描述

3.修改默认对齐数

#pragma pack(2)	//设置对齐数为2
struct S1		//一共占8个字节
{
	char c1;	//占1字节+空1字节
	int i;		//4字节
	char c2;	//占1字节+空1字节
};
struct S2		//一共占6个字节
{
	char c1;	//占1字节
	char c2;	//占1字节
	int i;		//占4字节
};
#pragma pack() 	//取消设置的默认对齐数,还原为默认

六、位段

位段的特性:
1.位段的成员必须是int、unsigned int、signed int、char
2.位段的成员名后面有一个冒号和一个数字
3.位段的空间是按照需要以4个字节(int)或者1个字节(char)的方式来开辟的
4.位段是不跨平台的,可移植的程序尽量少使用位段
5.当一个结构体中第一个位段的剩余空间无法容纳下第二个位段时,需要重新开辟一个sizeof(type)大小的空间来容纳第二个位段,这里的type是第二个位段的数据类型

struct A {
	int _a : 2;
	int _b : 5;
	int _c : 10;
	int _d : 30;
};
int main(){
	struct A a;
	a._a = 1;
	a._b = 1;
	a._c = 1;
	a._d = 1;
	printf("%d\n", sizeof(struct A));		//8个字节

	return 0;
}

内存图解

在这里插入图片描述在这里插入图片描述位段优点:与结构体相比,位段可以最大化利用内存空间,根据成员数据大小范围,估计数据位数,更好的节省空间。

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