自定义类型-结构体

2023-11-12

注：本文为C语言初阶内容

1.结构体

1.1结构体的基础知识、声明和自引用

1.2结构体变量的定义和初始化

1.3结构体内存对齐和修改默认对齐数

1.4结构体传参

1.结构体

1.1结构体的基础知识、声明、初始化和自引用

结构体是一些值的集合，这些值称为成员变量结构体的每个成员可以是不同类型的变量。

比如说我们要简单描述一个学生，他的信息可以有年龄，名字，性别等。这时候我们可以用如下结构体来描述：

struct stu
{
	int age;
	char name[10];
	char sex[5];
}stu1；stu2;//注意分号

上面的代码其实也是结构体的声明，stu1，stu2表示变量列表，一般情况下可写可不写。其实结构体还有一种特殊的声明，即匿名结构体类型。我们来看下面这段代码

struct 
{
	int age;
	char name[10];
	char sex[5];
}stu1，stu2;

对比两段代码，发现相比第一段代码，第二段代码的struct后少了stu。这时候我们就无法重新定义一个新的结构体类型了，换言之，上面的结构体代码我们只能使用两次（stu1，stu2）。所以通常情况下不用匿名结构体类型。另外，类似于函数，结构体也可以自我引用。那么，结构体应该如何自引用呢？

下面我们来对比如下两段代码：

struct Node
{
    int date;
    struct Node next;
};

再看这一段：

struct Node
{
    int date;
    struct Node *next;
};

哪一种可行？答案是第二段。让我们假设第一段代码可行，那么sizeof（struct Node）的值是多少呢？事实上，这种写法是违法的，因为结构体包含结构体，被包含的结构体中还有结构体，无限循环，大小是无法确定的。我们反观第二段代码，运用了指针变量，而指针变量的大小是确定的，因此可以计算大小。所以第二段代码的自引用是成立的。

1.2结构体变量的定义和初始化

现在我们定义一个结构体变量

struct stu
{
	char name[20];
	int age;
}stu1,stu2;


int main()
{
	struct stu data1;//定义一个结构体变量：struct stu是一个类型，data1是一个变量
	struct stu data2 = { "LiHua",18 };//此处将data2进行了初始化，按照结构体的类型，依次输入相应数据
	return 0;
}

另外，我们也可以在定义结构体后立即进行初始化，相关代码如下

struct stu
{
	char name[20];
	int age;
}data = { "LiHua",18 };

在定义完结构体变量后我们就可以进行赋值了

struct stu
{
	char name[20];
	int age;
}stu1, stu2;


int main()
{
	struct stu data2 = { "LiHua",18 };
	data2.age = 19;//进行赋值
	data2.name[20] = "zhangsan";进行赋值
	return 0;
}

1.3结构体内存对齐和修改默认对齐数

现在我们掌握了一些结构体的基本使用方法，现在我们来探讨另一个问题：计算结构体的大小。

想要计算结构体的大小，我们需要了解结构体内存对齐这么个知识点。我们不妨举一个例子。

struct stu
{
	int tele;
	char name;
	int age;
};

这段代码的大小是多少？4？9？(VS环境下)答案是12。怎么来的？

首先需要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（这是上文强调VS环境下的原因）
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。

我们来看看上面例题的各个对齐数

struct stu
{
	int tele;//int类型大小为4，比8小，所以对齐数是4
	char name;//char类型大小是1，比8小，所以对齐数是1
	int age;//int类型大小为4，比8小，所以对齐数是4
};

如图所示，int类型的对齐数为4,0是其倍数，占4个字节；char类型是1,4是其倍数，占1个字节，再看int类型，对齐数是4，但是5不是4 的倍数，于是浪费三个字节的空间，到8,8是4的倍数，占4个字节。可以看到，这个结构体总共占了12个字节。

为什么存在内存对齐?

大部分参考资料是这么说的

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。
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，

那么默认对齐数可以修改吗？答案是肯定的。这例要用到 #pragma 这个预处理指令

#pragma pack(8)//设置默认对齐数为8
struct S1
{
    int name；
    int age；
    int id；
};
#pragma pack()//取消设置的默认对齐数，还原为默认

1.4结构体传参

和其他类型一样，结构题传参也分为传值调用和传址调用，传值调用的函数，函数只能改变结构体变量的临时拷贝，而传址调用则可以改变结构体变量本身。简单举一个例子：

struct stu
{
	int tele;
	char name;
	int age;
};

void print1(struct stu stu1)//传值调用
{
	stu1.tele = 54321;
}

void print2(struct stu* stu1)//传址调用
{
	stu1->tele = 54321;
}

int main()
{
	//printf("%d", sizeof(struct stu));
	struct stu stu1 = { 12345,"LiHua",18 };
	print1(stu1);
	printf("%d\n", stu1.tele);
	print2(&stu1);
	printf("%d\n",stu1.tele);
	return 0;
}

输出结果：显然只有传址调用改变了结构体变量。

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