C语言---自定义类型：结构体

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前言

在日常生活中，大家会发现，一类事物，它具有多种成员，例如:
学生，它具有名字，性别，成绩，学号……类似于这种事物，在c语言中是如何表示的呢，下面我们开始对结构体进行讲解

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1. 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。

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

描述一个学生：

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2. 结构体变量的创建和初始化

2.1.创建结构体变量

//代码1：变量的定义
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
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2.2.结构体变量的初始化

struct Point p3 = { 10, 20 };
struct Stu //类型声明
{
	char name[15];//名字
	int age; //年龄
};
struct Stu s1 = { "zhangsan", 20 };//初始化
struct Stu s2 = { .age = 20, .name = "lisi" };//指定顺序初始化
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2.3.嵌套结构体变量

//代码3
struct Point
{
	int x;
	int y;
}p1;
struct Node
{
	int data;
	struct Point p;
	struct Node* next;
}n1 = { 10, {4,5}, NULL }; //结构体嵌套初始化
struct Node n2 = { 20, {5, 6}, NULL };//结构体嵌套初始化
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2.4.结构体的自引用

struct Node{
 int data;
 struct Node* next;
};
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再加上之前学过的typedef：
定义结构体不要使用匿名结构体了

typedef struct Node
{
 int data;
 struct Node* next;
}Node;
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3. 结构成员访问操作符

3.1.结构体成员的直接访问

结构体成员的直接访问是通过点操作符（.）访问的。点操作符接受两个操作数。如下所示：

struct Point
{
	int x;
	int y;
}p = { 1,2 };
int main()
{
	printf("x: %d y: %d\n", p.x, p.y);
	return 0;
}
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使用方式：结构体变量.成员名

3.2.结构体成员的间接访问

有时候我们得到的不是⼀个结构体变量，而是得到了⼀个指向结构体的指针。如下所示：

#include <stdio.h>
struct Point
{
 int x;
 int y;
};
int main()
{
	struct Point p1 = { 3, 4 };
	struct Point* ptr = &p1;
	ptr->x = 10;
	ptr->y = 20;
	printf("x = %d y = %d\n", ptr->x, ptr->y);
	return 0;
	return 0;
}
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ptr->x等同于(*ptr).x

使用方式：结构体指针->成员名

综合案例：

#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)
{
	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;
}
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4. 结构体内存对齐

我们已经掌握了结构体的基本使用了。
现在我们深入讨论一个问题：计算结构体的大小。
这也是⼀个特别热门的考点： 结构体内存对齐

4.1 对齐规则

首先得掌握结构体的对齐规则：

1. 结构体的第⼀个成员对齐到和结构体变量起始位置偏移量为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 该成员变量大小的较小值。

• VS 中默认的值为 8
• Linux中 gcc 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（结构体中每个成员变量都有⼀个对齐数，所有对齐数中最大的）的整数倍。
4. 如果嵌套了结构体的情况，嵌套的结构体成员对齐到自己的成员中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（含嵌套结构体中成员的对齐数）的整数倍。

练习1：

struct S1
{
	char c1;
	int i;
	char c2;
};
int main()
{
	printf("%d\n", sizeof(struct S1));
	return 0;
}
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练习2：

struct S3
{
	double d;
	char c;
	int i;
};
int main() 
{
	printf("%zd\n", sizeof(struct S3));
	return 0;
}
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练习3：

struct S3
{
	double d;
	char c;
	int i;
};
struct S4
{
	char c1;
	struct S3 s3;
	double d;
};
int main() 
{
	printf("%zd\n", sizeof(struct S4));
	return 0;
}
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4.2 为什么存在内存对齐?

大部分的参考资料都是这样说的：

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。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齐成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。

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，如何做到：
让占用空间小的成员尽量集中在一起：

struct S1
{
	char c1;
	int i;
	char c2;
};
struct S2
{
	char c1;
	char c2;
	int i;
};
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S1 和 S2 类型的成员⼀模⼀样，但是 S1 和 S2 所占空间的大小有了⼀些区别。

4.3.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齐数

#include <stdio.h>
#pragma pack(1)//设置默认对⻬数为1
struct S
{
	char c1;
	int i;
	char c2;
};
#pragma pack()//取消设置的对⻬数，还原为默认
int main()
{
	//输出的结果是什么？
	printf("%d\n", sizeof(struct S));
	return 0;
}
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结构体在对齐方式不合适的时候，我们可以自己更改默认对齐数。

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5. 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;
}
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上面的 print1 和 print2 函数哪个好些？
答案是：首选print2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。

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完