C语言自定义类型中结构体、结构体声明、结构体自引用、结构体变量的定义和初始化、结构体内存对齐，结构体传参，位段等的介绍

2024-05-05 12:52
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本文主要是介绍C语言自定义类型中结构体、结构体声明、结构体自引用、结构体变量的定义和初始化、结构体内存对齐，结构体传参，位段等的介绍，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

文章目录

  • 前言
  • 一、结构体
  • 二、 结构体声明
  • 三、 特殊的声明----匿名结构体类型
  • 四、 结构体的自引用
    • （1）数据结构
    • （2）结构体的自引用
  • 五、 结构体变量的定义和初始化
  • 六、 结构体内存对齐
    • `1. 结构体的对齐规则`
      • （1）结构体大小案例1
      • （2）结构体大小案例2
      • （3）结构体大小案例3
    • 2. 为什么存在内存对齐？
      • 1. 平台原因（移植原因）
      • 2.性能原因：
    • 3. 总体来说
  • 七、修改默认对齐数
  • 八、结构体传参
  • 九、位段
    • 1. 什么是位段
    • 2. 位段的内存分配
    • 3. 位段的跨平台问题
    • 4. 位段的使用
  • 总结

前言

C语言自定义类型中结构体、结构体声明、结构体自引用、结构体变量的定义和初始化、结构体内存对齐，结构体传参，位段等的介绍

一、结构体

  • 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。

二、 结构体声明

    1. 结构体类型的模板
struct tag
{member-list;
}variable-list;
  • struct 是 结构体类型的关键字
  • tag 是结构体类型的标签
  • member-list是 结构体的成员
  • variable-list是 基于当前结构类型创建的变量
  • 例如
struct Point
{int x;int y;
}; 

struct Stu
{char name[20];int age;char tele[12];
}s1,s2;
    1. 结构体嵌套声明
struct Score
{float math;float english;float chinese;int C;
};struct Person
{char name[20];int grade;struct Score s;
};

三、 特殊的声明----匿名结构体类型

  • 匿名结构体类型
  • 定义结构体类型时可以带标签，也可以不带标签。
  • 这种特殊的声明只能使用一次，即 基于当前结构体类型创建的变量。
struct
{int n;char ch;float pi;
}num1, num2;
  • 程序中只能使用基于这个结构体类型创建的 num1 和 num2变量，不能重新创建变量。
struct
{int a;char b;float c;
}x;
struct
{int a;char b;float c;
}a[20], * p;
  • 上述代码，两个匿名结构体的成员一样。
  • 第二个struct 和 * 结合表示 p是个指针变量
  • 但是编译器认为 &x 和 p 是两个不同类型的指针。

四、 结构体的自引用

（1）数据结构

  • 数据结构就是数据在内存中的存储结构。
  • 数据结构有 线形（顺序表、链表等）、树形（二叉树等）等
  • 链表如下：
    在这里插入图片描述

（2）结构体的自引用

struct Node
{int date;struct Node* next;
};
  • 结构体中包含同类型的结构体指针，就叫做结构体自引用

typedef

typedef struct Node
{int date;struct Node* next;
}Node;// 此时
struct Node n1;
Node n2; 
// 等价的

五、 结构体变量的定义和初始化

  1. 在创建类型的同时，进行初始化。
struct Point
{int x;int y;
}p1 = {3,4};
  1. 使用声明的结构体类型进行初始化
struct Point
{int x;int y;
};int main()
{struct Point p2 = { 1 , 2 };return 0;
}
  1. 嵌套结构体类型的初始化
struct Score
{float math;float english;float chinese;int C;
};struct Person
{char name[20];int grade;struct Score s;
};#include <stdio.h>int main()
{struct Person p1 = { "zhangsan", 6, {99.5, 60.5,100.0, 98} };printf("%s %d %f %f  %f %d", p1.name, p1.grade, p1.s.math, p1.s.english, p1.s.chinese, p1.s.C);// 输出结果为 zhangsan 6 99.500000 60.500000  100.000000 98return 0;
}

六、 结构体内存对齐

1. 结构体的对齐规则

  1. 第一个成员在与结构体变量的偏移量为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。
    - 只有 VS 编译器有默认对齐数，其他编译器上的对齐数就是成员大小。
  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。
    offsetof 它是一个宏，它是用来 求 结构体成员在类型中距离起始位置的偏移量 offsetof( type, member)
    使用offsetof 宏 需要调用头文件 <stddef.h>

（1）结构体大小案例1

#include <stdio.h>
#include <stddef.h>
struct S1
{char c1;int i;char c2;
};
int main()
{printf("%d\n", sizeof(struct S1));// 12printf("%d\n", offsetof(struct S1, c1)); // 0printf("%d\n", offsetof(struct S1, i)); // 4printf("%d\n", offsetof(struct S1, c2)); // 8return 0;
}

在这里插入图片描述

（2）结构体大小案例2

#include <stdio.h>
#include <stddef.h>
struct S2
{char c1;char c2;int i;
};int main()
{printf("%d\n", sizeof(struct S2)); // 8printf("%d\n", offsetof(struct S2, c1)); // 0printf("%d\n", offsetof(struct S2, c2)); // 1printf("%d\n", offsetof(struct S2, i)); // 4return 0;
}

在这里插入图片描述

（3）结构体大小案例3

#include <stdio.h>
#include <stddef.h>
struct S2
{char c1;char c2;int i;
};
struct S3
{char c1;struct S2 s2; double d;
};
int main()
{printf("%d\n", sizeof(struct S3)); // 24printf("%d\n", offsetof(struct S3, c1)); // 0printf("%d\n", offsetof(struct S3, s2)); // 4printf("%d\n", offsetof(struct S3, d)); // 16return 0;
}

  • 因为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。

  • char c1位于 偏移量 0 处。

  • 由上可知， struct S2 s2 自己的最大对齐数是 4 ， 所以它距离起始地址的偏移量为 4，大小为 8 个字节。

  • double d 位于 8 个倍数处， 即 偏移量为 16 的位置。大小 为 8 个字节。

  • 整个结构体大小为 所有最大对齐数的整数倍，所以 为 8 的倍数，即 24 个字节大小。

  • 由此可见，结构体的内存对齐会有空间的浪费。

2. 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，为了访问未对其的内存，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。

在这里插入图片描述

3. 总体来说

结构体的内存对齐是拿 空间 换取 时间 的做法。

在设计结构体的时候，我们既要满足对齐，又要省空间， 如何做到:

让空间小的成员尽量集中在一起

七、修改默认对齐数

使用 #pragma 这个预处理命令，可以修改默认对齐数

#pragma pack(1) // 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
  • 结构在对齐方式不合适的时候，我们可以自己更改默认对齐数。

八、结构体传参

#include <stdio.h>struct S 
{int data[1000];int count;
};void print1(struct S ss)
{int i = 0;for (i = 0; i < 3; i++){printf("%d ", ss.data[i]);}printf("%d\n", ss.count);
}void print2(struct S* ss)
{int i = 0;for (i = 0; i < 3; i++){printf("%d ", ss->data[i]);}printf("%d\n", ss->count);
}
int main()
{struct S s1 = { {1,2,3}, 100 };print1(s1); // 1 2 3 100print2(&s1); // 1 2 3 100return 0;
}
两种结构体传参都可以，但是传值调用，函数形参会重新开辟空间，降低性能。
但是 传址调用 只接收地址，不重新开辟空间，性能较好。
  • 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，参数压栈的系统开销比较大，所以会导致性能下降。
  • 总之，结构体传参的时候，要传结构体的地址。

九、位段

1. 什么是位段

位段的声明和结构是类似的，有两个不同:

  1. 位段的成员必须是 int、unsigned int、signed int、或者char即整型家族。
  2. 位段的成员后边有一个冒号和数字。
#include <stdio.h>
struct A
{int _a : 2;int _b : 5;int _c : 10;int _d : 30;
};int main()
{printf("%d\n", sizeof(struct A)); // 8return 0;
}
  • 位段 的成员变量 : 后边的数字指的是 这个变量占用 的比特位的个数。

2. 位段的内存分配

1. 位段的成员可以是 int unsigned int signed int 或者是 char(属于整形家族)类型
2. 位段的空间上是按照需要以4个字节（int）或者 1 个字节（char）的方式来开辟
3. 位段涉及很多不确定的因素，位段是不跨平台的，注重可移植性的程序应该避免使用位段。

3. 位段的跨平台问题

1. int 位段 被当成有符号数还是无符号数是不确定的。
2. 位段中最大的数目不能确定。（16位机器最大16，32位机器最大32，写成27，在16位机器会出现问题）。
3. 位段中的成员在内存中从左向右分配，还是从右向左分配标准上未定义。
4. 当一个结构体包含两个位段，第二个位段成员比较大，无法容纳与第一个位段剩余的位时，是舍弃剩余的位还是利用，这是不确定的。
  • 跟结构相比，位段可以达到同样的效果，但是可以很好的节省空间，但是有跨平台的问题存在。

4. 位段的使用

  • 位段的在网络中有较好的作用，如 ip数据包。

总结

C语言自定义类型中结构体、结构体声明、结构体自引用、结构体变量的定义和初始化、结构体内存对齐，结构体传参，位段等的介绍

这篇关于C语言自定义类型中结构体、结构体声明、结构体自引用、结构体变量的定义和初始化、结构体内存对齐，结构体传参，位段等的介绍的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！


http://www.chinasem.cn/article/961772。

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