【C】自定义类型（一）结构体

:see_no_evil:个人主页： 对de起日子 :point_right:系列专栏：【C语言--大佬之路】 :balloon:今日心语：用最少的浪费面对现在。

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前言：

我们知道c语言有很多内置类型如下，而对于复杂地事物，这些类型是无法进行描述的，所以c语言引入了自定义类型，让我们根据所需来设置类型：

继内存操作函数，本章来介绍 自定义类型之 结构体 本章重点

• 结构体

• 结构体类型的声明
• 结构的自引用
• 结构体变量的定义和初始化
• 结构体内存对齐
• 结构体传参

1、结构体的声明

1.1 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。

1.2 结构的声明

struct tag //tag标签名，根据实际需求自定义 { member-list;//成员变量 }variable-list;//创建结构体类型顺便创建的变量，也是struct tag类型的变量，是全局变量，可以不创建

示例：

struct Book//定义一本书
{
	char Book_name[20];//成员变量
	char authar[20];//成员变量
	int price;//成员变量
	char id[15];//成员变量
}sb3, sb4;
//sb3,sb4 也是struct Book类型的结构体变量
//是全局变量
//可以不创建

//描述一个学生
struct stu
{
	char mame[20];//名字
	int age;//年龄
	char sex[5];//性别
	char id[20];//学号
	
};//分号不能丢


int main()
{
	struct Book sb1;//局部变量；
	struct Book sb2;//局部变量；
	struct stu ss1;
	struct stu ss2;

	return 0;
}

1.3 特殊的声明

在声明结构的时候，可以不完全的声明。 比如：

struct//这里没有定义名称
{
	char book_name[20];
	char author[20];
	int price;
	char id[15];
}sb1,sb2;//匿名结构体类型

匿名结构体类型如果没有定义名称，必须在结构体末尾进行声明，下面主函数main中的写法是错误的：

struct//这里没有定义名称
{
	char book_name[20];
	char author[20];
	int price;
	char id[15];
}sb1,sb2;//匿名结构体类型

int main()
{
	struct sb3;//匿名结构体类型，必须使用上面的声明方式
	struct sb4;//匿名结构体类型，必须使用上面的声明方式
	return 0;
}

那么，如果成员变量相同，两个匿名结构体的类型是否相同呢？ 我们给出如下代码：

struct
{
	char book_name[20];
	char author[20];
	int price;
	char id[15];
}sb1;

struct
{
	char book_name[20];
	char author[20];
	int price;
	char id[15];
}* ps;//*前是匿名结构体类型，加上*，就是匿名结构体类型的指针，ps是匿名结构体类型的指针变量
int main()
{
	ps = &sb1;//如果能够赋值，说明这两个结构体类型是一样的

	return 0;
}
//匿名结构体类型，虽然成员相同，但是编译器会认为他俩的类型是不一样的

运行结果：

警告： 编译器会把上面的两个声明当成完全不同的两个类型。 所以是非法的。

1.4 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？ 这里我们需要涉及数据结构中的链表，下面我们进行简单的介绍：

如果自引用时采取链式结构，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;
};

这样的代码设计是否合理呢？ 如果可以，那sizeof(struct Node)是多少？ 这里是无限套用的，无法确定结构体的大小 写法错误！！

正确的自引用方式：

//代码2
struct Node
{
    int data;
    struct Node* next;//里边包含了一个同类型的结构体指针
};

int main()
	{
		struct Node n;//这里声明变量时必须写struct，如果不想写，可以使用typedef 将结构体整体重命名为其他的形式 如下面的代码3

		return 0;
	}

结构体重命名

//代码3
typedef struct Node
{
	int date;
	struct Node* next;
}Node;//将结构体类型重新命名为Node，重命名之前不可以使用

	int main()
	{
		 Node n;//这里Node前的struct就可以不写了

		return 0;
	}

对于是否使用重命名，我认为，尽量还是不要使用重命名，因为这并不会让你少写多少代码，不妨直接按标准来。当然，每个人的看法不同，可以根据自己的想法去选择。

1.5 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。

结构体变量的定义

struct Book
{
	char book_name[20];
	char author[20];
	int price;
	char id[15];
	struct Stu s;
}p1;//声明类型的同时定义变量p1
struct Book p2;    //定义结构体变量p2

int main()
{
	struct Book p3;//定义结构体变量p3

	return 0;
}

结构体变量的初始化

有了结构体类型，那如何定义变量，其实很简单，这里我们在代码中可以更容易地理解：

struct Stu
{
	char name[20];
	int age;
	char id[12];
}p4 = {"张三",12,"123"};//声明类型的定义变量p1的同时初始化
struct Stu p2 = { "李四",14,"345" };    //初始化：定义变量的同时赋初值

struct Book
{
	char book_name[20];
	char author[20];
	int price;
	char id[15];
	struct Stu s;
}p1 = { "童话","安徒生",88,"ats123",{"liting",30,"ba20220101"} }, p5;///结构体嵌套初始化

int main()
{
	struct Book p3 = {"史记","小明",88,"hg0001"};//定义结构体变量
	printf("%s %s %d %s %s %d %s\n", p1.book_name, p1.author, p1.price, p1.id, p1.s.name, p1.s.age, p1.s.id);

	return 0;
}

注意：如果是整型，不需要加 " "

自定义 成员输入的顺序

struct S
{
    char c;
    int a;
    float f;
};

int main()
{
    struct S s = {'w', 10, 3.14f};
    printf("%c %d %f\n", s.c, s.a, s.f);

    struct S s2 = {.f = 3.14f, .c = 'w', .a = 10};
    printf("%c %d %f\n", s2.c, s2.a, s2.f);

    return 0;
}

通过代码和运行结果的对比，得出： 不一定按照默认的顺序输入，以上面S2的输入方式可以不按顺序输入。

1.6 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 下面代码的结果是什么呢？

struct S1
{
	char c1;
	int i;
	char c2;
};

struct S2
{
	char c1;
	char c2;

	int i;
};
int main()
{
	struct S1 s1;//创建了结构体变量s1，在内存中开辟了空间
	printf("%d\n", sizeof(struct S1));
	printf("%d\n", sizeof(struct S2));

	return 0;
}

你的答案是否为6 6；正确答案：

那到底是为什么呢？这里我们需要用到offsetof函数来进行深入理解

offsetof 宏 用于计算结构体成员相对于起始位置的偏移量

代码如下：

struct S1
{
	char c1;
	int i;
	char c2;
};

struct S2
{
	char c1;
	char c2;

	int i;
};
#include<stddef.h>

int main()
{
	
	printf("%d\n", offsetof(struct S1,c1));
	printf("%d\n", offsetof(struct S1,i));
	printf("%d\n", offsetof(struct S1, c2));

	printf("%d\n", offsetof(struct S2, c1));
	printf("%d\n", offsetof(struct S2, c2));
	printf("%d\n", offsetof(struct S2, i));
	return 0;
}

得到的偏移量结果：

根据上面sizeof和offsetof的运行结果，我们知道，结构体S1的大小为12个字节，而结构体S1中的变量c1，i，c2距离初始位置的偏移量分别为0，4，8;结构体S2的大小为8个字节，而结构体S1中的变量c1，c2，i距离初始位置的偏移量分别为0, 1, 4;

根据这些内容和不同类型所占的字节数，我们可以画出S1,S2内存分布图如下：

根据上图我们发现，内存中并不是连续存放的，而且浪费了一部分空间，那产生这些的原因是什么呢？这就是我们要探究的知识点了

考点

如何计算？首先得掌握结构体的对齐规则：

1. 结构体的第一个成员直接对齐到相对于结构体变量起始位置为0的偏移处。
2. 其他成员变量要对齐到某个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。
3. VS中默认的值为8
4. 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。
5. 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。

图解：

• 嵌套的结构体举例：

#include<stdio.h>
#include<string.h>
struct S3
{
	double d;
	char c;
	int i;
};

struct S4
{
	char c1;
	struct S3 s3;
	double d;
};
int main()
{
	printf("%d\n", sizeof(struct S4));
	return 0;
}

• 图解代码：



• 看到这里，如果还是不懂的话，请反复参考图片看定义，也许是哪一小点没有注意到；
• 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。比如，int类型必须在4的倍数的偏移量处读取；
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。

上图结构体成员一样就是顺序不同，但所占空间的大小却不同

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。

上面我们有提到默认对齐数，那这个是否可以修改呢？

1.7 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1
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));

struct S1结果为8之前我们已经介绍过了，这里我们介绍一下struct S2，通过前面的学习想必你已经看出来了，其实和没有设置对齐数是一样的结果为6。如下图：

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。

百度笔试题：写一个宏，计算结构体中某变量相对于首地址的偏移，并给出说明考察：offsetof宏的实现注：这里还没介绍宏，可以放在介绍完宏后再实现。

1.8 结构体传参

直接上代码：

#include<stdio.h>

struct S
{
	int date[1000];
	int num;
};
void print1(struct S s)
{
	printf("%d %d %d %d\n", s.date[0], s.date[1], s.date[2], s.num);
}
void print2(struct S* ps)
{
	//printf("%d %d %d %d\n", (*ps).date[0], (*ps).date[1], (*ps).date[2], (*ps).num);
	printf("%d %d %d %d\n", ps->date[0], ps->date[1], ps->date[2], ps->num);

}
int main()
{
	struct S ss = { {1,2,3,4,5},100 };
	print1(ss);
	print2(&ss);
	return 0;
}

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。

当然，如果担心这样会更改原来的参数，可以将void print2(struct S\ ps) 改为void print2( const struct S\ ps)**

结语：

这里我们关于自定义类型结构体的内容就介绍完了，文章中某些内容我们之前有介绍，所以只是一笔带过，还请谅解。希望以上内容对大家有所帮助