文章目录1. 结构体类型的声明1.1 结构的声明1.2 结构体变量的创建和初始化1.3 结构的特殊声明1.4 结构的自引用2. 结构体内存对齐2.1 对齐规则2.2 为什么存在内存对齐2.3 修改默认对齐数3. 结构体传参4. 结构体实现位段4.1 什么是位段4.2 位段的内存分配4.3 位段的跨平台问题4.4 位段的应用4.5 位段使用的注意事项1. 结构体类型的声明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。1.1 结构的声明structtag{member-list;}variable-list;例如描述一个学生structStu{charname[20];//名字intage;//年龄charsex[5];//性别charid[20];//学号};//分号不能丢1.2 结构体变量的创建和初始化#includestdio.hstructStu{charname[20];//名字intage;//年龄charsex[5];//性别charid[20];//学号};intmain(){//按照结构体成员的顺序初始化structStus{张三,20,男,20230818001};printf(name: %s\n,s.name);printf(age : %d\n,s.age);printf(sex : %s\n,s.sex);printf(id : %s\n,s.id);//按照指定的顺序初始化structStus2{.age18,.namelisi,.id20230818002,.sex女};printf(name: %s\n,s2.name);printf(age : %d\n,s2.age);printf(sex : %s\n,s2.sex);printf(id : %s\n,s2.id);return0;}1.3 结构的特殊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{inta;charb;floatc;}x;struct{inta;charb;floatc;}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px;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。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。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比如定义一个链表的节点structNode{intdata;structNodenext;};上述代码正确吗如果正确那sizeof(struct Node) 是多少仔细分析其实是不行的因为一个结构体中再包含一个同类型的结构体变量这样结构体变量的大小就会无穷的大是不合理的。正确的自引用方式structNode{intdata;structNode*next;};在结构体自引用使用的过程中夹杂了typedef 对匿名结构体类型重命名也容易引入问题看看下面的代码可行吗typedefstruct{intdata;Node*next;}Node;答案是不行的因为Node是对前面的匿名结构体类型的重命名产生的但是在匿名结构体内部提前使用Node类型来创建成员变量这是不行的。解决方案如下定义结构体不要使用匿名结构体了typedefstructNode{intdata;structNode*next;}Node;2. 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2.1 对齐规则首先得掌握结构体的对齐规则结构体的第1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。从第2个成员变量开始都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 该成员变量大小的较小值。VS 中默认的值为 8Linux中 gcc 没有默认对齐数对齐数就是成员自身的大小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。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。//练习1structS1{charc1;inti;charc2;};printf(%zu\n,sizeof(structS1));//练习2structS2{charc1;charc2;inti;};printf(%zu\n,sizeof(structS2));//练习3structS3{doubled;charc;inti;};printf(%zu\n,sizeof(structS3));//练习4-结构体嵌套问题structS4{charc1;structS3s3;doubled;};printf(%zu\n,sizeof(structS4));2.2 为什么存在内存对齐大部分的参考资料都是这样说的平台原因 (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。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。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齐成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structS1{charc1;inti;charc2;};structS2{charc1;charc2;inti;};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。2.3 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齐数。#includestdio.h#pragmapack(1)//设置默认对齐数为1structS{charc1;inti;charc2;};#pragmapack()//取消设置的对齐数还原为默认intmain(){//输出的结果是什么printf(%d\n,sizeof(structS));return0;}结构体在对齐方式不合适的时候我们可以自己更改默认对齐数。3. 结构体传参structS{intdata[1000];intnum;};structSs{{1,2,3,4},1000};//结构体传参voidprint1(structSs){printf(%d\n,s.num);}//结构体地址传参voidprint2(structS*ps){printf(%d\n,ps-num);}intmain(){print1(s);//传结构体print2(s);//传地址return0;}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。结论结构体传参的时候要传结构体的地址。4. 结构体实现位段结构体讲完就得讲讲结构体实现位段的能力。4.1 什么是位段位段的声明和结构是类似的有两个不同位段的成员必须是int、unsigned int 或signed int 在C99中位段成员的类型也可以选择其他整型家族类型比如char。位段的成员名后边有一个冒号和一个数字。比如structA{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printf(%d\n,sizeof(structA));4.2 位段的内存分配位段的成员可以是int unsigned int signed int 或者是char 等类型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。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。//一个例子structS{chara:3;charb:4;charc:5;chard:4;};structSs{0};s.a10;s.b12;s.c3;s.d4;//空间是如何开辟的4.3 位段的跨平台问题int 位段被当成有符号数还是无符号数是不确定的。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。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。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。4.4 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样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。4.5 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。structA{int_a:2;int_b:5;int_c:10;int_d:30;};intmain(){structAsa{0};scanf(%d,sa._b);//这是错误的//正确的示范intb0;scanf(%d,b);sa._bb;return0;}