C语言初阶 --- ⾃定义类型：结构体

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 往期文章：

 C语言初阶 --- 数据在内存中的存储

 C语言初阶 --- 字符串函数

 C语言入门 --- 函数递归

 C语言初阶 --- 内存函数

 C语言入门 --- 分支循环 

 C语言初阶 --- 指针类型

目录

1. 结构体类型的声明

1.1 结构体回顾 

1.1.1 结构的声明

 1.1.2 结构体变量的创建和初始化

1.2 结构的特殊声明

1.3 结构的⾃引⽤

2. 结构体内存对⻬

2.1 对⻬规则

 2.2 内存对⻬

2.3 修改默认对⻬数

3. 结构体传参

1. 结构体类型的声明

1.1 结构体回顾 

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。

1.1.1 结构的声明

struct tag
{
	member - list;
}variable - list;

例如描述⼀个学⽣：

struct Stu
{
	char name[20]; //名字
	int age; //年龄
	char sex[5]; //性别
};

 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
};
int main()
{
	//按照结构体成员的顺序初始化
	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
	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，可以不完全的声明。

比如：  

//匿名结构体类型
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）。

1.3 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：

struct Node
{
	int data;
	struct Node next;
};

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：

struct Node
{
	int data;
	struct Node* 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。

那么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，因此这是不⾏的。
解决⽅案如下：定义结构体不要使⽤匿名结构体

typedef struct Node
{
	int data;
	struct Node* next;
}Node;

2. 结构体内存对⻬

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。

2.1 对⻬规则

⾸先得掌握结构体的对⻬规则：
1. 结构体的第⼀个成员对⻬到和结构体变量起始位置偏移量为0的地址处。 

2. 其他成员变量要对⻬到某个数字 (对齐数) 的整数倍的地址处。

•    对⻬数 = 编译器默认的⼀个对⻬数与该成员变量⼤⼩的较⼩值 
•    VS 中默认的值为 8  
•    Linux中 gcc 没有默认对⻬数，对⻬数就是成员⾃⾝的⼤⼩ 

3. 结构体总⼤⼩为最⼤对⻬数 (结构体中每个成员变量都有⼀个对⻬数，所有对⻬数中最⼤的) 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⻬到⾃⼰的成员中最⼤对⻬数的整数倍处，结构体的整体⼤⼩就是所有最⼤对⻬数（含嵌套结构体中成员的对⻬数）的整数倍。

//练习1
struct S1
{
	char c1;
	int i;
	char c2;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S1));
//练习2
struct S2
{
	char c1;
	char c2;
	int i;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S2));
//练习3
struct S3
{
	double d;
	char c;
	int i;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S3));
//练习4 - 结构体嵌套问题
struct S4
{
	char c1;
	struct S3 s3;
	double d;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S4));

 2.2 内存对⻬

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，我们做到既要满⾜对⻬，⼜要节省空间就需要让占⽤空间⼩的成员尽量集中在⼀起：

//例如：
struct S1
{
	char c1;
	int i;
	char c2;
};
struct S2
{
	char c1;
	char c2;
	int i;
};

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 修改默认对⻬数

#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。

3. 结构体传参

#include <stdio.h>
struct S
{
	int data[1000];
	int num;
};
struct S s = { {1,2,3,4}, 1000 };
//结构体传参
void print1(struct S s)
{
	printf("%d\n", s.num);
}
//结构体地址传参
void print2(struct S* ps)
{
	printf("%d\n", ps->num);
}
int main()
{
	print1(s); //传结构体
	print2(&s); //传地址
	return 0;
}

上⾯的 print1 和 print2 函数哪个好些？

答案是：⾸选 print2 函数。

原因是什么：

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。

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