C语言结构体详解（下）

2023-05-23 113

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简介： C语言结构体详解（下）

1.结构体声明

1.1结构体类型

这里我们定义一个结构体：

struct Stu
{
  char name[20];
  int age;
};

struct Stu就是结构体类型

1.1.1匿名结构体类型

//匿名结构体类型
struct
{
  int a;
  char b;
  float c;
}s;
struct
{
  int a;
  char b;
  float c;
}*ps;

这里的struct在声明的时候省略掉了结构体标签，这里的s，*ps是结构体变量名，像这样的省略标签项的结构体类型就是匿名结构体

这里有一个疑问，如果令 ps=&s 可以吗？答案是不行的，它们虽然成员相同，不过并不是同一个结构体，存放在不同的内存空间，编译器会把上面的两个声明当成完全不同的两个类型，是非法的

1.1.2 typedef定义结构体类型

代码运用：

typedef struct Stu
{
  int a;
  char b;
  float c;
}Node;
int main()
{
  Node n={1,'w',5.24};
  printf("%d %c %lf", n.a, n.b, n.c);//1 w 5.240000
  return 0;
}

当结构体类型比较复杂时就可以用typedef将结构体类型重定义，如上面的代码中将struct Stu重定义为Node后再使用

1.2结构体自引用

在结构中可以包含一个类型为该结构本身的成员，如：

struct Stu
{
  char name[20];
  int age;
  struct Stu* date;//OK
  //struct Stu date;//err
  //Stu date;//err
};

注意：结构体自引用只能使用传址调用，传值调用（sizeof(struct Stu)无法得知结构体大小）或者是省略结构体关键字都是错误的写法

1.3结构体内存对齐

结构体内存对齐主要用于帮助我们计算结构体的大小。

结构体的对齐规则：

1.结构体的第一个成员直接对齐到相对于结构体变量起始位置为0的地址处

2.从第二个成员开始，要对齐到某个数字（对齐数）的整数倍的偏移处

对齐数：结构体成员自身大小和编译器默认对齐数的较小值

VS中默认对齐数为8

Linux环境默认不设对齐数（对齐数是结构体成员的自身大小）

3.结构体的总大小必须是最大对齐数的整数倍。

每个结构体成员都有一个对齐数，其中最大的对齐数就是最大对齐数

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

1.3.1结构体大小计算实例

例题一

struct S1
{
  char c1;
  int i;
  char c2;
};
int main()
{
  printf("%d\n", sizeof(struct S1));
  return 0;
}
//输出12

题解：

例题二

struct S2
{
  char c1;
  char c2;
  int i;
};
int main()
{
  printf("%d\n", sizeof(struct S2));
  return 0;
}
//输出8

题解：

例题三

struct S1
{
  char c1;
  int i;
  char c2;
};
struct S2
{
  char c3;
  struct S1 s;
  double d;
};
int main()
{
  printf("%d\n", sizeof(struct S4));
  return 0;
}
//输出32

题解：

1.3.1为什么存在内存对齐

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。
总体来说：结构体的内存对齐是拿空间来换取时间的做法。
在设计结构体的时候，我们既要满足对齐，又要节省空间，就要做到，让占用空间小的成员尽量集中在一起。如上述的例题一和例题二。

1.4修改默认对齐数

可以使用#prangma预处理指令改变我们的默认对齐数。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。

代码实例：

#include <stdio.h>
#pragma pack(1)//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
struct S2
{
  char c1;
  int i;
  char c2;
};
int main()
{
  printf("%d\n", sizeof(struct S1));//输出6
  printf("%d\n", sizeof(struct S2));//输出12
  return 0;
}

2.位段

2.1什么是位段？

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 。

2.位段的成员名后边有一个冒号和一个数字。

3.位段-这里的位是二进制位

代码实例：

struct Stu
{
  int a : 2;
  int b : 5;
  int c : 10;
  int d : 30;
};

2.2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。
代码实例：

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 = 12;
  s.c = 3;
  s.d = 4;
  printf("%d\n", sizeof(struct S));//输出3
  return 0;
}

图解：

2.3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。

好了今天的内容就到这里了，对友友们有帮助的话不妨来个三连加关注支持一下，后期后持续更新C语言干货！