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【C语言】结构体进阶


 一、结构体

1. 结构体的声明

               (1) 结构的基础知识


                 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。


               (2)结构的声明

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

                例如描述一个学生:

list;
struct Stu
{
 char name[20];//名字
 int age;//年龄
 char sex[5];//性别
 char id[20];//学号
};//分号不能丢

【C语言】结构体进阶_#pragma_02

              (3)特殊的声明

                在声明结构的时候,可以不完全的声明。

                比如:



//匿名结构体类型
struct
{
 int a;
 char b;
 float c;
}x;
struct
{
 int a;
 char b;
 float c;
}a[20], *p;

【C语言】结构体进阶_内存对齐_03

2.结构的自引用

                在结构中包含一个类型为该结构本身的成员是否可以呢?


//代码1
struct Node
{
 int data;
 struct Node next;
};
//可行否?
如果可以,那sizeof(struct Node)是多少?

【C语言】结构体进阶_#pragma_04

注意:

typedef struct
{
     int data;
     Node* next;
}Node;

//解决方案:
typedef struct Node
{
     int data;
     struct Node* next;
}Node;

3.  结构体变量的定义和初始化

                有了结构体类型,那如何定义变量,其实很简单。

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

//初始化:定义变量的同时赋初值。

struct Point p3 = {x, y};

struct Stu        //类型声明
{
    char name[15];//名字
    int age;      //年龄
};
struct Stu s = {"zhangsan", 20};//初始化

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

【C语言】结构体进阶_内存对齐_05

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

struct S1
{
	char c1;
	int i;
	char c2;
};
//练习2
struct S2
{
	char c1;
	char c2;
	int i;
};
struct S3
{
	double d;
	char c;
	int i;
};

//练习4-结构体嵌套问题
struct S4
{
	char c1;
	struct S3 s3;
	double d;
};

int main()
{

	printf("%d\n", sizeof(struct S1));
	printf("%d\n", sizeof(struct S2));
	printf("%d\n", sizeof(struct S3));
	printf("%d\n", sizeof(struct S4));
}

【C语言】结构体进阶_内存对齐_06

代码解析:

【C语言】结构体进阶_#pragma_07


画图解析:

                        内存对齐的规则       

                        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




        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。




        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。

【C语言】结构体进阶_内存对齐_08


5.为什么存在内存对齐?

        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,如何做到:

        让占用空间小的成员尽量集中在一起。

//例如:
struct S1
{
     char c1;
     int i;
     char c2;
};
struct S2
{
     char c1;
     char c2;
     int i;
};

【C语言】结构体进阶_嵌套_09

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。

6.修改默认对齐数

        之前我们见过了 #pragma 这个预处理指令,这里我们再次使用,可以改变我们的默认对齐数。

#include <stdio.h>
#pragma pack(8)//设置默认对齐数为8
struct S1
{
	char c1;
	int i;
	char c2;
};
#pragma pack()//取消设置的默认对齐数,还原为默认
#pragma pack(1)//设置默认对齐数为8
struct S2
{
	char c1;
	int i;
	char c2;
};
#pragma pack()//取消设置的默认对齐数,还原为默认
int main()
{
	//输出的结果是什么?
	printf("%d\n", sizeof(struct S1));
	printf("%d\n", sizeof(struct S2));
	return 0;
}

结论:

        结构在对齐方式不合适的时候,我么可以自己更改默认对齐数。



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