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1.结构体类型的声明

1.1结构体

1.1.1结构的声明

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。

//结构的声明 struct tag { member-list;//成员变量列表 }variable-list;//结构体变量列表 //举例：描述一个学生结构体 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

1.1.2结构体变量的创建和初始化

#include <stdio.h> struct Stu { char name[20];//名字 int age;//年龄 char sex[5];//性别 char id[20];//学号 }s1,s2;//s1,s2为全局变量 struct Stu s3;//s3也为全局变量 int main() { //按照结构体成员的顺序初始化 //s为局部变量 struct Stu s = { "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（乱序初始化） struct Stu s2 = { .age = 18, .name = "lisi", .id = "20230818002", .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); return 0; }

1.2结构的特殊声明

在声明结构的时候，可以不完全声明。

#include<stdio.h> //匿名结构体类型 struct { int a; char b; float c; }x;//匿名结构体变量 struct { int a; char b; float c; }a[20], *p;//匿名结构体数组和匿名结构体指针 //两个结构在声明的时候省略掉了结构体标签（tag）（比如学生标签，老师标签）。 //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。 int main() { p = &x;// warning C4133: “=”: 从“*”到“*”的类型不兼容 return 0; }

1.3结构体自引用

//错误用法 struct Node { int data; struct Node next; }; //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。 //正确用法 struct Node { int data; struct Node* next;//结构体类型的指针，指针大小是确定的，结构体变量的大小是可计算的 };

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？

typedef struct { int data; 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（也就是说使用了还不存在的结构体类型），这是不行的。那么这个问题如何解决呢？

//解决方案：定义结构时，最好不使用匿名结构体 typedef struct Node { int data; struct Node* next;//结构体自引用 }Node; //将struct Node结构体类型自定义为Node结构体类型 //也就是说，struct Node a1 // Node a2; //a1，a2变量的类型相同

2.结构体内存对齐

结构体所占内存大小涉及了结构体内存对齐（主要原因是用空间换时间）。下面介绍对齐规则：

2.1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,vs默认对齐数为8）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就是最大对齐数）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。

#include<stdio.h> struct S1 { char c1; int i; char c2; }; 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("%zd\n", sizeof(struct S1));//12字节 printf("%zd\n", sizeof(struct S2));//8字节 printf("%zd\n", sizeof(struct S3));//16字节 printf("%zd\n", sizeof(struct S4));//32字节 return 0; }

图2.1结构体内存分布图

总体来说，结构体的内存对齐是拿空间来换取时间的做法。那么设计结构体时，我们既要满足内存对齐，还节省空间，则：让占用空间小的成员尽可能集中在一起。

//例如： struct S1 { char c1; int i; char c2; }; //这样更节省空间 struct S2 { char c1; char c2; int i; };

图2.2内存对齐与不对齐区别

2.2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（一般修改为2的整数倍）。注意linux中没有默认对齐数，也就不需要修改默认对齐数。

#include<stdio.h> #pragma pack(1)//设置默认对齐数为1 struct S { //默认对齐数为8时候，S结构体占12字节 char c1;//1 1 1 int i;// 4 1 1 char c2;//1 1 1，都对齐到1的整数倍，直接连着放就行，共6字节 }; #pragma pack()//取消设置的对齐数，还原为默认 //下面结构体中，编译器默认对齐数为8 struct S2 { //默认对齐数为8时候，S结构体占8字节 char c1; char c2; int i; }; int main() { //输出的结果是什么？ printf("%zd\n", sizeof(struct S)); printf("%zd\n", sizeof(struct S2)); return 0; }

3.结构体传参

结构体传参分为传值传参和传地址传参，传值传参呢，相当于对原数据进行一份拷贝；传地址传参则是通过所传地址直接访问原数据。

#include<stdio.h> struct S { int data[1000]; int n; double d; }; //结构体传值传参 void print1(struct S s) { int i = 0; for (int i = 0;i<5;i++) { printf("%d ", s.data[i]); } printf("%d ", s.n); printf("%lf ", s.d); } //结构体传地址传参 void print2(const struct S* ps) { int i = 0; for (int i = 0; i < 5; i++) { printf("%d ", ps->data[i]); } printf("%d ", ps->n); printf("%lf ", ps->d); } int main() { struct S s = { {1,2,3,4,5},100,3.14 }; print1(s); //传值 print2(&s); //传地址 return 0; }

那么传地址传参和传值传参哪个更好一些呢？其实，传地址传参相对更好一些。函数传参时，参数是需要压栈的，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，则会导致性能下降。所以，一般情况下，结构体传参，要传结构体的地址。

4.结构体实现位段

位段的声明和结构体是类似的，有两个不同：

1. 位段的成员必须是int、unsigned int或signed int、char，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。

//位段，A就是一个位段类型 //位段的位是二进制位的意思，也就是说该变量所占比特位数。其是用来节省内存的。 #include<stdio.h> struct A { int _a:2;//a变量占2比特位 int _b:5; int _c:10; int _d:30; }; int main() { printf("%zd\n",sizeof(struct A));//8字节 return 0; }

/* 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。 */ /* 申请到的内存，从左向右还是从右向左使用是不确定的（vs是从右向左） 2，剩余空间不够，是浪费还是继续使用，是不确定的（vs中是舍弃） */ #include<stdio.h> //⼀个例⼦ struct S { char a : 3; char b : 4; char c : 5; char d : 4; }; int main() { struct S s = { 0 }; s.a = 10; s.b = 12; s.c = 3; s.d = 4; printf("%zd\n", sizeof(struct S));//3字节 return 0; } /* 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16，32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。 */

图4.1 位段内存分配

4.1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。

4.2位段使用注意事项

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()函数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。

#include<stdio.h> //⼀个例⼦ 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; }

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