什么是结构体和结构体的对齐规则

简介: 什么是结构体,为什么会用到结构体?C语言本身存在一些内置数据类型(比如int char float double 数组等),但这些不能满足我们的需要,我们创建了结构体来自定义自己需要的类型。

前言

什么是结构体,为什么会用到结构体?C语言本身存在一些内置数据类型(比如int char float  double 数组等),但这些不能满足我们的需要,我们创建了结构体来自定义自己需要的类型。

提示:以下是本篇文章正文内容,下面案例可供参考

一、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,结构的每一个成员可以是不同类型的变量。

二、结构的声明

结构体定义由关键字struct和结构体名组成,结构体名可以根据需要自行定义。

代码如下(示例):

 struct tag {
  member - list;
  member - list;
  ...
 }variable-list;

举例描述一个学生:

 typedef struct student {
  char name[20];//名字
  int age;      //年龄
  char sex[5];  //性别
  char id[20];  //学号
 }Stu;//分号不能丢


三、结构体成员类型

结构成员可以是标题、数组、指针、其他结构体。


四、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了变量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[20];//名字
  int age;     //年龄
};
struct Stu s = { "zhangsan",20 };//初始化

五、结构体自引用和嵌套

在结构中包含一个类型为该结构本身的成员是否可以吗?

答案是可以的。

struct Node
{
    int date;//数据域
    struct Node next;//指针域
};

结构体除了可以包含类型为自身的成员结构类型外,还可以嵌套其他的结构体变量。

struct Node
{
  int date;
  struct Point p;
  strcut Node* next;
}n1 = { 10,{4,5},NULL };
struct Node n2 = { 2,{5,6},NULL };

六、结构体内存对齐

了解了结构体的基本使用,深入思考一个问题:计算结构体的大小如何计算?

首先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。

看下面例子:

c1772dcb0239440eb1504d65f9468c52.png

思考: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,某些平台只能在某些地址处取某些特定类型的数据,否则抛出异常。

2.性能问题:

数据结构(尤其是栈)应该尽可能地在自然界上对齐。

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。

总的来说:结构体的内存对齐是拿空间换时间的做法。


七、修改默认对齐数

使用#pragma这个预处理指令

#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。

八、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;
}

上面的print1和print2函数哪个好些?

答案是:print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。  

总结

本篇讲了结构体的基础知识和结构体内存对齐,希望对你有所帮助!如果对你有所帮助,给博主一个免费的点赞!

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