柚子快報激活碼778899分享：C語言?定義類型：結(jié)構(gòu)體

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目錄

前言

1. 結(jié)構(gòu)體類型的聲明

1.1 結(jié)構(gòu)的聲明

1.2 結(jié)構(gòu)體變量的創(chuàng)建和初始化

1.3?結(jié)構(gòu)的特殊聲明

1.4?結(jié)構(gòu)的?引?

2.結(jié)構(gòu)體內(nèi)存對齊

2.1 對?規(guī)則

實例講解

2.2 為什么存在內(nèi)存對?？

2.3 修改默認對?數(shù)

3. 結(jié)構(gòu)體傳參

4.?結(jié)構(gòu)體實現(xiàn)位段

4.1 什么是位段

?4.2 位段的內(nèi)存分配

4.3 位段的跨平臺問題

4.4 位段的應(yīng)?

4.5 位段使?的注意事項

結(jié)語

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前言

在C語言中提供了許多內(nèi)置類型，例如：int、short、long、longlong、char、float、double等，但是如果想描述一個學(xué)生時，這些單一的內(nèi)置類型是無法做到的，描述一個學(xué)生需要包含名字、年齡、身高、體重等特征，為了解決這類問題，C語言中引入了結(jié)構(gòu)體的概念，結(jié)構(gòu)體這種自定義的數(shù)據(jù)類型，能讓我們自己創(chuàng)建出合適的類型，那么接下來學(xué)習(xí)一下結(jié)構(gòu)體該如何使用吧?。?！

1. 結(jié)構(gòu)體類型的聲明

1.1 結(jié)構(gòu)的聲明

定義結(jié)構(gòu)體的基本形式：

struct tag? ?//結(jié)構(gòu)體名稱

{

member-list;? //結(jié)構(gòu)體成員列表

}variable-list;? ?//結(jié)構(gòu)體變量列表

例如描述一個學(xué)生的基本信息：

struct stu

{

char name[20]; //學(xué)生姓名

int age; //學(xué)生年齡

int stu_id[10];//學(xué)生學(xué)號

char sex[5]; //學(xué)生性別

}

1.2 結(jié)構(gòu)體變量的創(chuàng)建和初始化

既然已經(jīng)學(xué)習(xí)了結(jié)構(gòu)體是如何聲明的，那么來看看結(jié)構(gòu)體變量是如何創(chuàng)建和初始化的：

1.按照結(jié)構(gòu)體成員順序進行初始化、

?

#include

struct Stu

{

char name[20]; //學(xué)生姓名

int age; //學(xué)生年齡

char stu_id[20];//學(xué)生學(xué)號

char sex[5]; //學(xué)生性別

};

int main()

{

//按照結(jié)構(gòu)體成員的順序初始化

struct Stu s = { "張三", 20, "男", "20230818001" };//s就是結(jié)構(gòu)體變量

printf("name: %s\n", s.name);

printf("age : %d\n", s.age);

printf("sex : %s\n", s.sex);

printf("stu_id : %s\n", s.stu_id);

return 0;

}

?

2.按照指定的順序初始化

#include

struct Stu

{

char name[20]; //學(xué)生姓名

int age; //學(xué)生年齡

char stu_id[20];//學(xué)生學(xué)號

char sex[5]; //學(xué)生性別

};

int main()

{

struct Stu s2 = { .age = 18, .name = "lisi", .sex ="女" ,.stu_id = "20230818002"};

printf("name: %s\n", s2.name);

printf("age : %d\n", s2.age);

printf("sex : %s\n", s2.sex);

printf("stu_id : %s\n", s2.stu_id);

}

1.3?結(jié)構(gòu)的特殊聲明

在聲明結(jié)構(gòu)的時候，可以不完全的聲明，例如：

struct

{

int a;

char b;

float c;

}x;

struct

{

int a;

char b;

float c;

}* p;

int main()

{

p = &x;

return 0;

}

上?的兩個結(jié)構(gòu)在聲明的時候省略掉了結(jié)構(gòu)體標簽（tag），此時是匿名結(jié)構(gòu)體類型，那么此時主函數(shù)中的p=&x 這個代碼是合法的嗎？

注意：編譯器會把上?的兩個聲明（兩個匿名結(jié)構(gòu)體類型）當(dāng)成完全不同的兩個類型，所以是?法的。 匿名的結(jié)構(gòu)體類型，如果沒有對結(jié)構(gòu)體類型重命名的話，基本上只能使??次。

1.4?結(jié)構(gòu)的?引?

結(jié)構(gòu)體自引用指的是在結(jié)構(gòu)體定義中，結(jié)構(gòu)體本身作為該結(jié)構(gòu)體類型中的一個成員出現(xiàn)，但是直接進行結(jié)構(gòu)體自引用會引發(fā)無限遞歸的結(jié)構(gòu)體定義，就是結(jié)構(gòu)體試圖包含自己，導(dǎo)致編譯器無法確定結(jié)構(gòu)體的大小。

例如：

struct Node

{

int data;

struct Node next;

};

?個結(jié)構(gòu)體中再包含?個同類型的結(jié)構(gòu)體變量，這樣結(jié)構(gòu)體變量的? ?就會?窮的?，是不合理的，那么正確的自引用方式是怎么樣的呢？

struct Node

{

int data;

struct Node* next;

};

?使用指向自己類型的指針來實現(xiàn)自引用的效果，這種方式不會引發(fā)無限遞歸的問題，并且指針的大小是固定（4/8字節(jié)）。

2.結(jié)構(gòu)體內(nèi)存對齊

我們已經(jīng)掌握了結(jié)構(gòu)體的基本使?了。 現(xiàn)在我們深?討論?個問題：計算結(jié)構(gòu)體的??，要計算結(jié)構(gòu)體大小，我們就要明白結(jié)構(gòu)體成員在內(nèi)存中是如何進行存儲的，這就涉及到結(jié)構(gòu)體內(nèi)存對齊的問題。

2.1 對?規(guī)則

1. 結(jié)構(gòu)體的第?個成員對?到和結(jié)構(gòu)體變量起始位置偏移量為0的地址處。

2. 其他成員變量要對?到某個數(shù)字（對?數(shù)）的整數(shù)倍的地址處。 對?數(shù) = 編譯器默認的?個對?數(shù) 與 該成員變量??的較?值。?VS 中默認的值為 8 - Linux中 gcc 沒有默認對?數(shù)，對?數(shù)就是成員??的??。

3. 結(jié)構(gòu)體總??為最?對?數(shù)（結(jié)構(gòu)體中每個成員變量都有?個對?數(shù)，所有對?數(shù)中最?的）的 整數(shù)倍。

4. 如果嵌套了結(jié)構(gòu)體的情況，嵌套的結(jié)構(gòu)體成員對?到??的成員中最?對?數(shù)的整數(shù)倍處，結(jié)構(gòu)體的整體??就是所有最?對?數(shù)（含嵌套結(jié)構(gòu)體中成員的對?數(shù)）的整數(shù)倍。

什么意思呢？我們接下來根據(jù)實例進行探索（vs2022環(huán)境）

實例講解

練習(xí)1：

struct S1

{

char c1;

int i;

char c2;

};

struct S2

{

char c1;

char c2;

int i;

};

int main()

{

printf("%d\n", sizeof(struct S1));

printf("%d\n", sizeof(struct S2));

return 0;

}

S1與S2的區(qū)別就在結(jié)構(gòu)體成員的位置的不同，那么里面的成員都是一樣的，為什么S1和S2的大小是不一樣的呢？這就涉及到結(jié)構(gòu)體內(nèi)存對齊的規(guī)則了。

畫圖演示：

所以此時S1的大小為12個字節(jié)，S2的大小也是通過對齊規(guī)則進行判斷的，這里就不在進行演示啦。

練習(xí)2：(結(jié)構(gòu)體嵌套問題)

struct S3

{

double d;

char c;

int i;

};

//結(jié)構(gòu)體嵌套問題

struct S4

{

char c1;

struct S3 s3;

double d;

};

int main()

{

printf("%d\n", sizeof(struct S3));

printf("%d\n", sizeof(struct S4));

return 0;

}

接下來我們來計算一下S3和S4的大小，根據(jù)之前講過的對齊規(guī)則，我們可以快速的計算出S3的大小是16個字節(jié)，那么我們重點來講一下S4的大小該如何計算。

畫圖演示：

運行結(jié)果：

2.2 為什么存在內(nèi)存對?？

1. 平臺原因 (移植原因)

不是所有的硬件平臺都能訪問任意地址上的任意數(shù)據(jù)的；某些硬件平臺只能在某些地址處取某些特定 類型的數(shù)據(jù)，否則拋出硬件異常。

2. 性能原因

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(尤其是棧)應(yīng)該盡可能地在?然邊界上對?。原因在于，為了訪問未對?的內(nèi)存，處理器需要 作兩次內(nèi)存訪問；?對?的內(nèi)存訪問僅需要?次訪問。假設(shè)?個處理器總是從內(nèi)存中取8個字節(jié)，則地 址必須是8的倍數(shù)。如果我們能保證將所有的double類型的數(shù)據(jù)的地址都對?成8的倍數(shù)，那么就可以 ??個內(nèi)存操作來讀或者寫值了。否則，我們可能需要執(zhí)?兩次內(nèi)存訪問，因為對象可能被分放在兩 個8字節(jié)內(nèi)存塊中。

總體來說：結(jié)構(gòu)體的內(nèi)存對?是拿空間來換取時間的做法。

那么在設(shè)計結(jié)構(gòu)體的時候，我們該如何盡可能的讓占用空間更小呢？

解決辦法：讓占?空間?的成員盡量集中在?起，就比如練習(xí)一中的例子，S1 和 S2 類型的成員?模?樣，但是 S1 和 S2 所占空間的??有了?些區(qū)別。

2.3 修改默認對?數(shù)

結(jié)構(gòu)體在對??式不合適的時候，我們可以??更改默認對?數(shù)。

#pragma 這個預(yù)處理指令，可以改變編譯器的默認對?數(shù)。

#include

#pragma pack(1)//設(shè)置默認對?數(shù)為1

struct S

{

char c1;

int i;

char c2;

};

#pragma pack()//取消設(shè)置的對?數(shù)，還原為默認

int main()

{

printf("%d\n", sizeof(struct S));

return 0;

}

運行結(jié)果：

這里將默認對齊數(shù)從8變成了1，再根據(jù)對齊規(guī)則，得到的大小就是6個字節(jié)。

3. 結(jié)構(gòu)體傳參

struct S

{

int data[1000];

int num;

};

struct S s = {{1,2,3,4}, 1000};

//結(jié)構(gòu)體傳參

void print1(struct S s)

{

printf("%d\n", s.num);

}

//結(jié)構(gòu)體地址傳參

void print2(struct S* ps)

{

printf("%d\n", ps->num);

}

int main()

{

print1(s); //傳結(jié)構(gòu)體

print2(&s); //傳地址

return 0;

}

結(jié)構(gòu)體傳參有兩種方式：一種是值傳遞另一種是址傳遞

值傳遞的方式：調(diào)用函數(shù)的時候，系統(tǒng)要為函數(shù)的形參部分分配空間來存放實參的值，相當(dāng)于又開辟了一份相同的空間。

址傳遞的方式：調(diào)用函數(shù)的時候，函數(shù)的形參部分用結(jié)構(gòu)體指針接收實參的地址，指向的就是實參，系統(tǒng)不會再為形參部分開辟一份與實參相同的空間，可以節(jié)約對內(nèi)存空間的占用。

那么print1（值傳遞）和 printf2（址傳遞）哪種方式更好呢？其實 printf2 址傳遞的方式更好

原因：

函數(shù)傳參的時候，參數(shù)是需要壓棧，會有時間和空間上的系統(tǒng)開銷。 如果傳遞?個結(jié)構(gòu)體對象的時候，結(jié)構(gòu)體過?，參數(shù)壓棧的的系統(tǒng)開銷?較?，所以會導(dǎo)致性能的下降。

結(jié)論： 結(jié)構(gòu)體傳參的時候，盡量傳結(jié)構(gòu)體的地址。

4.?結(jié)構(gòu)體實現(xiàn)位段

4.1 什么是位段

位段的聲明和結(jié)構(gòu)是類似的，有兩個不同：

1. 位段的成員必須是 int、unsigned int 或signed int ，在C99中位段成員的類型也可以選擇其他類型。

2. 位段的成員名后邊有?個冒號和?個數(shù)字。（表示成員在內(nèi)存中所占的比特位）

例如：

struct A

{

int _a:2;

int _b:5;

int _c:10;

int _d:30;

};

?4.2 位段的內(nèi)存分配

1. 位段的成員可以是 int unsigned int signed int 或者是 char 等類型

2. 位段的空間上是按照需要以4個字節(jié)（ int ）或者1個字節(jié)（ char ）的?式來開辟的。

3. 位段涉及很多不確定因素，位段是不跨平臺的，注重可移植的程序應(yīng)該避免使?位段。

?位段成員在內(nèi)存中的分配方式（從左到右，從右到左）是由編譯器決定的

//?個例?

struct S

{

char a:3;

char b:4;

char c:5;

char d:4;

};

struct S s = {0};

s.a = 10;

s.b = 12;

s.c = 3;

s.d = 4;

//空間是如何開辟的？

畫圖演示：

4.3 位段的跨平臺問題

1. int 位段被當(dāng)成有符號數(shù)還是?符號數(shù)是不確定的。

2. 位段中最?位的數(shù)?不能確定。（16位機器最?16，32位機器最?32，寫成27，在16位機器會 出問題。

3. 位段中的成員在內(nèi)存中從左向右分配，還是從右向左分配，標準尚未定義。

4. 當(dāng)?個結(jié)構(gòu)包含兩個位段，第?個位段成員?較?，?法容納于第?個位段剩余的位時，是舍棄 剩余的位還是利?，這是不確定的。

總結(jié)： 跟結(jié)構(gòu)相?，位段可以達到同樣的效果，并且可以很好的節(jié)省空間，但是有跨平臺的問題存在。

4.4 位段的應(yīng)?

下圖是?絡(luò)協(xié)議中，IP數(shù)據(jù)報的格式，我們可以看到其中很多的屬性只需要?個bit位就能描述，這? 使?位段，能夠?qū)崿F(xiàn)想要的效果，也節(jié)省了空間，這樣?絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)報??也會較??些，對?絡(luò) 的暢通是有幫助的。

4.5 位段使?的注意事項

位段的?個成員共有同?個字節(jié)，這樣有些成員的起始位置并不是某個字節(jié)的起始位置，那么這些位 置處是沒有地址的。內(nèi)存中每個字節(jié)分配?個地址，?個字節(jié)內(nèi)部的bit位是沒有地址的。 所以不能對位段的成員使?&操作符，這樣就不能使?scanf直接給位段的成員輸?值，只能是先輸? 放在?個變量中，然后賦值給位段的成員。

例如：

struct A

{

int _a : 2;

int _b : 5;

int _c : 10;

int _d : 30;

};

int main()

{

struct A sa = {0};

scanf("%d", &sa._b);//這是錯誤的

//正確的?范

int b = 0;

scanf("%d", &b);

sa._b = b;

return 0;

}

結(jié)語

以上就是自定義類型—結(jié)構(gòu)體的內(nèi)容啦，希望大家看完后能夠靈活運用結(jié)構(gòu)體，并且明白結(jié)構(gòu)體數(shù)據(jù)在內(nèi)存中是如何存儲的，在此感謝大家的觀看?。?！

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