结构体（C语言进阶）（一）

前言

1、结构体声明

1.1 结构体基本概念

1.2 结构体声明

1.3 特殊的结构体声明

1.3.1 匿名结构体声明

1.4 结构体自引用

1.5 结构体变量的定义和初始化

1.6 结构体内存对齐

1.7 修改默认对齐数

1.8 结构体传参

总结

前言

C语言除了有其内置类型，还有自定义类型。因为在实际运用中，我们可能会遇到一类数据，它的内容是由多种数据组成的，例如：一个学生的个人信息，它就包含了姓名、年龄、学号等等。这些数据并不是统一的类型，因此不能用C语言本身的数组去定义，那如果我们需要将其放在一个变量中时，我们就可以运用到结构体了。结构体的出现就是用来处理这样的内容数据不统一的变量，这给了编程者很大的操作空间，使得编程更加灵活自由。

接下来我们就详细介绍一下结构体吧。

1、结构体声明

1.1 结构体基本概念

结构体是一些值得集合，这些值称为成员变量。结构体的每个成员可以是不同类型的变量。类比数组，数组的成员变量的类型必须相同，而结构体没有要求。

1.2 结构体声明

举个例子：

这是一个“学生”结构体的定义，它的类型为struct stu，struct是结构体声明的前缀，stu是自己定义的类型名，因为是包含“学生”信息的结构体，因此我们用来stu。定义好类型名之后，我们用一个大括号阔住接下来的内容，并且在大括号后面加上“；”。然后我们来看大括号里面的内容，上面这个例子我大括号里面放了了四个变量，分别用来存放：姓名；年龄；性别；学号。如果你想定义其他的也是可以的，内容是可以自己灵活改变的。这样，我们就算是定义好了一个结构体类型，它可以用来表示学生的基本信息。

注意，上面仅只是建立了一个类型，还没有正真建立结构体变量。相当于我们只是建立了一个类似于：int；float；double这样的东西，后面还需要用具体的变量去承载。类比int，我们定义int类型的变量，还得想一个变量名，比如“p”，那我们定义方式就是：int p=0；那这里p就是一个整型的变量。同理结构体也一样，上面的操作只是相当于写了一个“int”，还需要想一个变量名，假如“p”，定义时像这样：struct stu p={ 0 }；这样，才算定义出了一个结构体变量p。

例如：

这是两种声明方法，可以在结构体建立时就声明变量p1，也可先定义类型，后再声明p2。这两种方法的区别是，前者定了全局变量，后者定义的是局部变量。

1.3 特殊的结构体声明

1.3.1 匿名结构体声明

例如：

声明结构体类型时，没有名字。这种类型的结构体只能用一次，而且是马上建立马上用：

像这样，定义一个s1的结构体之后，就再也无法使用这个匿名结构体。

匿名结构体特点：对于不同的匿名结构体，即使其内容一模一样，计算机还是会认为他们不是一个类型，如果用两个内容相同的匿名结构体，一个定义变量，一个定义指针，当指针指向变量时，计算机会报错。

1.4 结构体自引用

结构体内部包含自己。看一个例子：

对于这个结构体，第一个数据是一个整型，第二个数据定义的居然是指向自己的指针类型，这样的话，我们去访问这个结构体时，可以在它内部发现指向自己的指针，这就是结构体的自引用。

想一个问题：我们能不能在结构体里面直接定义一个本身类型的结构体变量呢？我们为什么要定义指针呢？

原因：因为如果我们在一个结构体里面直接定义它本身类型的变量，那我们将无法预估这个结构体的大小，因为每次计算这个结构体第二个参数的大小时，又会进入到一个结构体里面，而那个结构体的第二个参数还是结构体，是一个死循环。所以我们在结构体自引用时，只定义自身类型的指针，就能避开这个问题。

为什么要这么用？

这个用法很重要，有了这样一个功能，才能实现链表建立。是数据结构很重要的内容。

注意：结构体的自定义是无法通过匿名结构体实现的。

1.5 结构体变量的定义和初始化

这个在前面其实已经讲到一部分，下面看几种定义的例子：

p1和p2定义时未初始化，p3定义时进行了初始化。这三种方式都定义了结构体变量，p3在定义时进行了初始化。

1.6 结构体内存对齐

先看一个例子，思考如下结构体占用几个字节：

#include <stdio.h>
struct S1
{char c1;int c2;char c3;
};
int main()
{printf("%d", sizeof(struct S1));return 0;
}

答案：

答案是12。那么这是为什么呢？为什么不是6？这就涉及到我们揭晓来要讲的：结构体内存对齐。

内存中如何开辟结构体空间？

首先了解结构体的对其规则：

1. 第一个成员在与结构体变量偏移量为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）

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。

就拿上面的结构体举例，讲解其在内存中的存放情况：

struct S1
{char c1;int c2;char c3;
};

只有vs有默认对齐数，其他平台是没有默认对齐数的，其他平台对齐数就是数据本身的大小。

为什么存在内存对齐？

1、平台原因

不是多有的硬件平台都能访问任意地址上的任意数据；某些硬件平台只能在某些地址处取某些特定的数据类型，否则抛出硬件异常。

2、性能原因：

数据结构（尤其是栈）应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，处理器需要做两次访问；而对齐的内存访问只需要访问一次。

总的来说：

结构体的内存对齐是拿空间换取时间的做法。

在我们大致了解对齐规则后，我们需要了解，结构体定义的时候，位置的不同会影响其空间的大小。让占用空间小的数据尽量放在一起，这样可以减少结构体空间的浪费。

1.7 修改默认对齐数

在vs中默认对齐数是8，但是它可以被修改。

使用#pragma

看例子：

#include <stdio.h>
#pragma pack(4)
struct S
{int i;double d;
};
#pragma pack()int main()
{printf("%d\n", sizeof(struct S));return 0;
}

用#pragma pack（4）将默认对齐数改成了4，结果从16变成了12。

后面的#pragma pack（）是用来恢复默认对齐数。

1.8 结构体传参

直接看例子：

#include <stdio.h>
struct S
{int data[1000];int num;
};
struct S s = { {1,2,3,4},1000 };
void print1(struct S s)
{printf("%d\n", s.num);
}
void print2(struct S* p)
{for(int i=0;i<10;i++)printf("%d\n", p->data[i]);
}
int main()
{print1(s);print2(&s);return 0;
}