结构体类型的声明
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,结构体的声明如下:
struct tag { member-list; }variable-list;
下面我们举一个具体的例子:
我们需要创建一个学生的信息表
struct Student { char name[20]; int age; char number[10]; int score; };
我们可以将数据放进去
struct Student stu = { "zhangsan",23,"234556",100 };
此外,还可以匿名结构体类型:
struct { int a; char b; float c; }x;
这个时候大家可能就会问,那如果可以匿名使用结构体类型,为何不都匿名呢,我们可以试着写一段代码跑起来测试:
struct { int a; char b; float c; }x; struct { int a; char b; float c; }a[20], * p;
p=&x;
跑起来大家就会发现,编译器会警告,这是因为:
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
所以,在使用匿名结构体类型时,我们只能使用一次!
结构的⾃引⽤
在结构体的使用中,可能大家会问,把结构体存在结构体中是否可以呢
例如:
struct Node { int data; struct Node next; };
答案是不行。仔细分析,其实是不⾏的,因为⼀个结构体中再包含⼀个同类型的结构体变量,这样结构体变量的⼤⼩就会⽆穷的⼤,是不合理的。
但是该如何正确地自引用呢?废话不多说,直接上代码:
struct Node { int data; struct Node* next; };
在结构体自引用中还容易出现一个错误:用typedef对匿名结构体类型重命名,例如
typedef struct { int data; Node* next; }Node;
这样是不行的!
因为Node是对前⾯的匿名结构体类型的重命名产⽣的,但是在匿名结构体内部提前使⽤Node类型来创建成员变量,这是不⾏的!
如果要使用typedef应该这样使用:
typedef struct Node { int data; struct Node* next; }Node;
结构体变量的创建和初始化
初始化很简单,不做过多的解释,直接上代码:
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 struct Point p3 = {x, y};//初始化:定义变量的同时赋初值。
指⽰器初始化⽅式(C99),这种⽅式允许不是按照成员顺序初始化,也就是说结构体可以这样初始化:
就是不按照结构体内元素的顺序来初始化
struct Stu { char name[15]; int age; }; struct Stu s = {.age=20, .name="zhangsan"};
结构成员访问操作符
结构成员访问操作符有两个⼀个是 . ,⼀个是 ->
使用方法如下:
结构体变量.成员变量名 结构体指针—>成员变量名
例如:
#include <stdio.h> #include <string.h> struct Stu { char name[15];//名字 int age; //年龄 }; void print_stu(struct Stu s) { printf("%s %d\n", s.name, s.age); } void set_stu(struct Stu* ps)//ps的类型是结构体类型的指针,所以可以使用—> { strcpy(ps->name, "李四"); ps->age = 28; } int main() { struct Stu s = { "张三", 20 }; print_stu(s); set_stu(&s); print_stu(s); return 0; }
下面就是结构体的难点了!
结构体内存对⻬
首先我们来了解一下结构体内存的对齐规则:
- 结构体的第⼀个成员对⻬到相对结构体变量起始位置偏移量为0的地址处
- 其他成员变量要对⻬到某个数字(对⻬数)的整数倍的地址处。
对⻬数 = 编译器默认的⼀个对⻬数 与 该成员变量⼤⼩的较⼩值。
- VS中默认的值为8
- Linux中没有默认对⻬数,对⻬数就是成员⾃⾝的⼤⼩
- 结构体总⼤⼩为最⼤对⻬数(结构体中每个成员变量都有⼀个对⻬数,所有对⻬数中最⼤的)的整数倍。
- 如果嵌套了结构体的情况,嵌套的结构体成员对⻬到⾃⼰的成员中最⼤对⻬数的整数倍处,结构体的整体⼤⼩就是所有最⼤对⻬数(含嵌套结构体中成员的对⻬数)的整数倍
下面我们通过练习来深入了解内存对齐:
struct S1 { char c1; int i; char c2; }; int main() { printf("%d\n", sizeof(struct S1)); }
大家可以思考一下问题的答案
正确答案是12!
为什么呢:我们可以画图来更好的理解
图中蓝色部分就是浪费的空间,黑色是c1的空间,绿色是c2的空间,红色是i的空间
第一步:存放c1
第二步:存放i,i占四个字节,4比8小,故要找4的倍数,找到偏移量为4的地方,往下走占四个字节的空间
第三步:存放c2,一个字节,1比8小,任意数字都是1的倍数,故直接存放在i的下面一个空间
大家可能都以为存放完成了,可能认为答案是9,这是错误的
三个元素的所占空间大小最大的是i,4个字节,所以结构体的大小要是4的倍数,9不是,所以继续往下找最近的一个4的倍数,12是4的倍数,故此结构体的大小是12个字节
那么当结构体内有结构体自引用是的结构体大小又是多少呢:
例如:
struct S3 { double d; char c; int i; }; struct S4 { char c1; struct S3 s3; double d; }; int main() { printf("%d\n", sizeof(struct S3)); printf("%d\n", sizeof(struct S4)); }
答案是16,32,我们将s3的内存大小求出来后放入s4中遵守同样的内存对齐规则就可以了
为什么存在内存对⻬?
主要原因有两个:
- 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⻬。原因在于,为了访问未对⻬的内存,处理器需要作两次内存访问;⽽对⻬的内存访问仅需要⼀次访问。假设⼀个处理器总是从内存中取8个字节,则地址必须是8的倍数。如果我们能保证将所有的double类型的数据的地址都对⻬成8的倍数,那么就可以⽤⼀个内存操作来读或者写值了。否则,我们可能需要执⾏两次内存访问,因为对象可能被分放在两个8字节内存块中。
简单地来说就是:结构体的内存对⻬是拿空间来换取时间的做法
修改默认对齐数
#pragma 这个预处理指令,可以改变编译器的默认对⻬数,我们用代码来测试一下:
例如:我们将默认内存对齐数改为1
#pragma pack(1) struct S3 { double d; char c; int i; }; int main() { printf("%d\n", sizeof(struct S3)); }
改为1之后结构体大小就变成了13,没改之前的默认对齐数是8,结构体大小为16。
所以,结构体在对⻬⽅式不合适的时候,我们可以⾃⼰更改默认对⻬数
结构体传参
举一个例子:
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; }
如果要你调用上⾯的 print1 和 print2 函数,你选择用哪个呢?
答案是:⾸选print2函数。
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。
所以:结构体传参的时候,最好是传结构体的地址
结构体的位段
下面请看一段代码:
struct A { int _a:2; int _b:5; int _c:10; int _d:30; };
大家猜一下结构体A的大小为多少个字节呢?
答案是8!
大家可以看到,位段更好地节省了结构体的空间
它只给a分配了两个比特位的空间,同理,b为5个比特位,c为10个比特位,d为30个比特位
位段的内存分配
**1. 位段的成员可以是 int unsigned int signed int 或者是 char 等类型
2. 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。
就比如说上面我们测试的代码,就是一次性开辟4个字节,a,b共用一个字节,c用两个字节,剩下一个字节不够d用,再开辟4给字节给d,所以结构体A的大小为8个字节
大家要注意:
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!
好了,结构体的分享到这就结束了,下次再见!