【C语言】结构体

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一、结构体类型的声明

我们在指针终篇中提到过结构体的这一部分内容（详情请阅拙作终の指针）现在我们来整个展开叙述一下

1、结构的声明

struct tag
{
   member-list;
}variable-list;
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花括号 { } 中放的是成员变量，结构的每个成员变量都可以是不同的类型，每一个被定义的结构体中都要有至少一个成员变量，结构是一些值的集合。
定义一个人

struct man
{
	char name[20];//名字
	int age;//年龄
	char sex[5];//性别
	char id[20];//身份证号
};
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2、结构体变量的创建和初始化

#include <stdio.h>
struct Stu
{
 char name[20];//名字
 int age;//年龄
 char sex[5];//性别
 char id[20];//身份证号
 int main()
 {
     struct Stu s = { "张三", 18, "男", "111111200602023215" };
     //结构体顺序初始化
     struct Stu s2 = { .age = 19, .name = "lisi", .id = "111111200502023222", .sex = "⼥" };
     //指定顺序初始化
     return 0;
};
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3、声明时的特殊情况

匿名结构体类型，如果没有对结构体进行重命名的话，仅能使用一次

struct
{
    int a;
    char b;
    float c;
}x;
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形如上面代码的结构体未重命名的话，使用这一次便被回收

4、自引用

自引用的正确方法：

struct Node
{
    int data;
    struct Node* next;
};
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通过结构体指针的形式来进行自引用
并且结构体自引用是不能用typedef重命名的
像这个：

typedef struct
{
 int a;
 Node* next;
}Node;
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我们会在创建Node结构体之前在结构体当中使用Node，所以不可取

二、结构体内存对齐

结构体内存对齐是计算结构体大小的一个必备条件

1、对齐规则

①结构体的第一个成员对齐到结构体变量起始位置的地址
②其他成员变量要对齐到对齐数的整数倍的地址处
对齐数：编译器默认的对齐数与该成员变量大小的较小值(我所使用的vs2022默认对齐数为8)
③结构体总大小一定为对齐数的整数倍
④如果结构体中嵌套了结构体，嵌套的结构体对齐到对齐到自己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的整数倍
我们可以将大小看作一个数组，每一个位置都是一个字节

struct S1
{
 char c1;//1字节，<8,就将1字节放在0位置处
 int i;//4字节，<8,因为1，2，3位置不是4的整数倍，所以我们直接找到4位置，将4个字节放入
 char c2;//1字节，<8,放在8位置处
};
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又因为现在指向9位置处，9不是最大对齐数4的整数倍，所以要指向12处，所以结构体S1的大小为12字节
printf打印一下：

struct S2
{
 char c1;//1字节，放到0位置
 char c2;//1字节，放到1位置
 int i;//4字节，2不是4的整数倍，放到4位置
};
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最终指向8位置，是4的整数倍，故S2的大小为8字节

struct S3
{
 double d;//8字节，放到0位置处
 char c;//1字节，放到8位置处
 int i;//4字节，9不是4的整数倍，放到12位置处，最终指向16
};
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因为最大对齐数为8，16为8的整数倍，所以结构体S3的大小就是16个字节

struct S4
{
 char c1;//1字节，放到0位置处
 struct S3 s3;//16字节，以8为对齐数，放到8位置，最后指向24位置处
 double d;//8字节，放到24位置，最终指向32位置
};
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32是最大对齐数8的整数倍，所以结构体S4的大小就是32个字节

2、存在内存对齐的原因

在数据访问时，对齐的内存只需要一次访问，而不对齐的内存需要两次访问
结构体的内存对齐是拿空间来换取时间
我们可以将占用内存小的尽量集中在一起来节省空间

struct S1
{
 char c1;
 int i;
 char c2;
};
struct S2
{
 char c1;
 char c2;
 int i;
};
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3、修改默认对齐数

#pragma
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#include <stdio.h>
#pragma pack(1)//设置默认对⻬数为1
struct S
{
 char c1;//1字节，存到0位置
 int i;//4字节，默认对齐数为1小于4，存到1位置
 char c2;//1字节，存到5位置，指向6
};
#pragma pack()//取消设置的对⻬数，还原为默认
int main()
{
 printf("%d\n", sizeof(struct S));
 return 0;
}
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三、结构体传参

struct S
{
	int data[100];
	int num;
};
struct S s = { {1,2,3,4}, 1000 };
void print(struct S* ps)
{
	printf("%d\n", ps->num);
}
int main()
{
	print(&s);
	return 0;
}
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结构体传参的时候最好传一个地址，因为直接传一个结构体过去的话会造成时间和空间上不必要的开销，导致性能下降

四、结构体实现位段

位段的成员可以是int , unsigned int , signed int ,char类型的
位段不跨平台，可移植程序应该避免使用位段

struct S
{
	char a : 3;
	char b : 4;
	char c : 5;
	char d : 4;
};
struct S s = { 0 };
int main()
{
	s.a = 10;
	s.b = 12;
	s.c = 3;
	s.d = 4;
	printf("%d\n", s.a);
	printf("%d\n", s.b);
	printf("%d\n", s.c);
	printf("%d\n", s.d);

}
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这里的a存入了10，由于位段作用，被存入a的二进制数为010，用整数形式打印，第一位为0，为正数，以第一位补位到32位，即00000000 00000000 00000000 00000010，即为2

这里的b存入了12，由于位段作用，被存入b的二进制数为1100，用整数形式打印，第一位为1，为负数，补1到11111111 11111111 11111111 11111100，这是补码，然后取反加一为原码，即10000000 00000000 00000000 00000100，即为-4

这里的c存入了3，由于位段作用，被存入c的二进制数为00011，用整数形式打印，第一位为0，为正数，以第一位补位到32位，即00000000 00000000 00000000 00000011，即为3

这里的d存入了4，由于位段作用，被存入a的二进制数为0100，用整数形式打印，第一位为0，为正数，以第一位补位到32位，即00000000 00000000 00000000 00000100，即为4

但是它空间的开辟是这样的：

第一个数据：二进制的01100010，十六进制的0x62
第二个数据：二进制的00000011，十六进制的0x03
第三个数据：二进制的00000100，十六进制的0x04

可以看到我们的结构体中存放的数据是62 03 04 00，与上述分析相符

跟结构体相比，位段可以达到同样的效果，并且可以很好的节省空间，缺点是有跨平台的问题存在

因为地址的分配是以字节为单位的，位段下的某些数据是没有地址的，所以位段数据不能用指针来访问

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今天的分享就到这了~