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一.结构体类型的声明
1.结构的声明
2.定义结构体变量
3.结构体变量初始化
4.结构体的特殊声明
二.结构体对齐(重点难点)
1.结构体对齐规则
2.结构体对齐练习
(一)简单结构体对齐
(二)嵌套结构体对齐
3.为什么存在内存对齐
4.修改默认对齐数
三.结构体传参
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一.结构体类型的声明
1.结构的声明
2.定义结构体变量
3.结构体变量初始化
4.结构体的特殊声明
二.结构体对齐(重点难点)
1.结构体对齐规则
2.结构体对齐练习
(一)简单结构体对齐
(二)嵌套结构体对齐
3.为什么存在内存对齐
4.修改默认对齐数
三.结构体传参
1. 结构体的值传递
2. 结构体的指针(地址)传递
3.两种传参方式哪种更好?
四.结构体位段
1.位段的内存分配
2.位段的跨平台问题
3.位段的应用
4.位段使用的注意事项 一.结构体类型的声明
1.结构的声明
struct tag
{member-list;
}variable-list;
tag 是结构体类型(标识符)通常用来给结构体类型命名。
member-list 是结构体的成员列表列出了结构体中包含的各个成员。
variable-list 是可选的(可以不写)指在定义结构体类型时直接声明一个或多个该结构体类型的变量。
2.定义结构体变量
举个例子:
struct Person {char name[50];int age;float height;
};结构体类型声明后可以使用该类型定义结构体变量
struct Person person1;
//person1是结构体类型变量
//这就是为什么我在前面介绍结构体时说variable-list 是可选的,我们可以在main()函数里边定义
这会创建一个 Person 类型的变量 person1你可以通过 “.” 操作符访问结构体的成员亦或者直接
person1.age 30;
person1.height 1.75;
strcpy(person1.name, Alice);3.结构体变量初始化
续接上面:
我们在初始化的时候可以以两种方法初始化:
(1)按照结构体成员的顺序初始化
(2)按照指定的顺序初始化
按照结构体成员的顺序初始化
struct Person person1{Alice,30,1.75};//按照指定的顺序初始化
struct Person person2{.namezhangsan,.age30,.height1.75};//打印
printf(%s\n, person1.name);
printf(%d\n, person1.age);
printf(%f\n, person1.height);注意:第二种的结构体初始化使用了指定成员初始化的语法该语法是 C99 标准引入的。如果你的编译器支持 C99 或更高版本那么这种初始化语法是正确的,否则就是错误的在我们常用的VS2022就是不行的。
4.结构体的特殊声明
声明匿名结构体
你可以直接声明一个匿名结构体并定义一个变量
struct {int x;int y;
} point; // point 是一个匿名结构体变量这里没有给结构体指定名字 (tag)但声明了一个名为 point 的变量。你可以通过 point.x 和 point.y 来访问成员。这种方式适合只需要使用一次结构体的情况不需要在其他地方重复使用结构体类型。
我们这里看一例子
struct
{int a;char b;float c;
}x;
struct
{int a;char b;float c;
}a[20], *p;上⾯的两个结构在声明的时候省略掉了结构体标签tag。那么问题来了
//在上⾯代码的基础上下⾯的代码合法吗
p x;答案是非法的。
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。
匿名的结构体类型如果没有对结构体类型重命名的话基本上只能使用⼀次。
C 语言要求结构体赋值时类型必须完全匹配匿名结构体由于没有类型名称tag因此不能跨定义赋值。 二.结构体对齐(重点难点)
1.结构体对齐规则 1.结构体的第⼀个成员对齐到和结构体变量起始位置偏移量为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。 -对⻬数编译器默认的⼀个对齐数与该成员变量大小的较小值。 -VS 中默认的值为 8 -Linux中gcc没有默认对齐数对齐数就是成员自身的大小 3.结构体总大小为最大对齐数结构体中每个成员变量都有⼀个对齐数所有对齐数中最大的的整数倍。 4.如果嵌套了结构体的情况嵌套的结构体成员对齐到自己的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含嵌套结构体中成员的对齐数的整数倍。 2.结构体对齐练习
(一)简单结构体对齐
我们来看一个例子:
struct S1
{char c1;int i;char c2;
};
struct S2
{char c1;char c2;int i;
};printf(%d\n, sizeof(struct S1));
printf(%d\n, sizeof(struct S2));打印出来的结果是?
对于第一个结构体来说:
一个12个字节 对于第二个结构体:
一共8个字节 我们看一下在vs2022运行的结果:
显然和我们计算的一样 (二)嵌套结构体对齐
struct S3
{double d;//double型占8个字节char c;int i;
};struct S4
{char c1;struct S3 s3;double d;
};printf(%d\n, sizeof(struct S3));
printf(%d\n, sizeof(struct S4));
对于上面代码我们容易算得s3的字节数为:16个字节
那s4怎么算?
这时我们就要用到规则4了。c1的一个字节加上s3的16个字节就有17个字节了,然后根据规则4嵌套的结构体成员对齐到自己的成员中最大对齐数的整数倍处也就是使用结构体S3里面的最大的结构体成员,即double d(8个字节),这时再用规则2,因为8和8一样大则直接使用8对齐显然最合适的是24个字节.
还剩一个double b没算,加上8个字节一共32个字节。
再用规则3最大的为8恰好32也是8的倍数刚刚合适所以s4的计算结果为32个字节。 我们来看一下结果:
显然是对的。 3.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⻬。原因在于为了访问未对⻬的内存处理器需要 作两次内存访问⽽对⻬的内存访问仅需要⼀次访问。假设⼀个处理器总是从内存中取8个字节则地 址必须是8的倍数。如果我们能保证将所有的double类型的数据的地址都对⻬成8的倍数那么就可以 ⽤⼀个内存操作来读或者写值了。否则我们可能需要执⾏两次内存访问因为对象可能被分放在两 个8字节内存块中。 总体来说结构体的内存对⻬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⻬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 就像我们一开始介绍的简单结构体对齐那样
struct S1
{char c1;int i;char c2;
};
struct S2
{char c1;char c2;int i;
};他们两长的一样但是占用字节空间却有了区别...
4.修改默认对齐数 #pragma这个预处理指令可以改变编译器的默认对⻬数。 #include stdio.h
#pragma pack(1)//设置默认对⻬数为1
struct S
{char c1;int i;char c2;
};
#pragma pack()//取消设置的对⻬数还原为默认
int main()
{//输出的结果是什么 printf(%d\n, sizeof(struct S));return 0;
}结构体在对⻬⽅式不合适的时候我们可以⾃⼰更改默认对⻬数。 当然我们在处理恰当的时候可以节省更多空间 三.结构体传参
1. 结构体的值传递 值传递是将结构体的副本传递给函数。函数内对结构体的修改不会影响原始结构体的数据。 #include stdio.hstruct Point {int x;int y;
};void printPoint(struct Point p) {printf(Point: (%d, %d)\n, p.x, p.y);
}int main() {struct Point p1 {10, 20};printPoint(p1); // 值传递return 0;
}结果为: 2. 结构体的指针(地址)传递 指针传递是将结构体的地址传递给函数。函数内对结构体的修改将影响原始结构体的数据。 #include stdio.hstruct Point {int x;int y;
};void modifyPoint(struct Point *p) {p-x 30;p-y 40;
}int main() {struct Point p1 {10, 20};modifyPoint(p1); // 指针传递printf(Point: (%d, %d)\n, p1.x, p1.y); // 修改后的值return 0;
}结果为: 3.两种传参方式哪种更好? 答案是指针(地址)传参更好。 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。 结论 结构体传参的时候要传结构体的地址。 四.结构体位段
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 或signed int 在C99中位段成员的类型也可以 选择其他类型。 2. 位段的成员名后边有⼀个冒号和⼀个数字。 举个例子:
struct A
{int _a:2;int _b:5;int _c:10;int _d:30;
};A就是⼀个位段类型。那位段A所占内存的大小是多少
咱接着往下看
1.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 等类型 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 的⽅式来开辟的。 3. 位段涉及很多不确定因素位段是不跨平台的注重可移植的程序应该避免使⽤位段。 我们再来看:
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;
//空间是如何开辟的
假设在一个字节中地址从右往左存储
具体如图: 在一个字节中如果剩下的比特位不够存放该数的二进制位则系统会再开辟一个新的空间(如果是char那就开辟一个字节也就是8个比特位,如果是int型就开辟32个比特位也就是4个字节),并存储该数。 可以看到一共开辟了24个比特位也就是3个字节 2.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. 位段中最⼤位的数⽬不能确定。16位机器最⼤1632位机器最⼤32写成27在16位机器会 出问题。 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尚未定义。 4. 当⼀个结构包含两个位段第⼆个位段成员⽐较⼤⽆法容纳于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。 总结
跟结构相⽐位段可以达到同样的效果并且可以很好的节省空间但是有跨平台的问题存在。 3.位段的应用 下图是网络协议中IP数据报的格式我们可以看到其中很多的属性只需要几个bit位就能描述这⾥ 使⽤位段能够实现想要的效果也节省了空间这网络传输的数据报大小也会较小⼀些对网络的畅通是有帮助的。 4.位段使用的注意事项 位段的几个成员共有同⼀个字节这样有些成员的起始位置并不是某个字节的起始位置那么这些位 置处是没有地址的。内存中每个字节分配⼀个地址⼀个字节内部的bit位是没有地址的。所以不能对位段的成员使用操作符这样就不能使用scanf直接给位段的成员输入值只能是先输入放在⼀个变量中然后赋值给位段的成员。 struct A
{int _a : 2;int _b : 5;int _c : 10;int _d : 30;
};
int main()
{struct A sa {0};scanf(%d, sa._b);//这是错误的 //正确的⽰范 int b 0;scanf(%d, b);sa._b b;return 0;
}
