我要评论前言
集成开发环境为vs2022
c语言有内置类型(char short int long flaot double long double)，也有自定义类型—结构体(struct) 枚举(enum) 联合体(union) 本篇幅介绍结构体
自定义类型：结构体
1.结构体类型的声明
前⾯我们在学习操作符的时候，已经学习了结构体的知识，这⾥稍微复习⼀下。
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//标签名
{
member-list;//成员 1个或多个
}variable-list;//变量列表例如描述⼀个学⽣：
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 struct book b2;//全局变量
int main()
{
struct book b1;//局部变量
return 0;
}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//这里不写名字
{
int a;
char b;
float c;
}s;//可以在这初始化
//}s={'x',100.3.14};
int main()
{
printf("%c %d %lf",s.c,s.i,s.d);
}匿名结构体也可以重新命名
typedef struct
{
char c;
int i;
double d;
}s;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;
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。
1.3 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：
在这之前先讲一下链表
数据结构–其实是数据在内存中的存储和组织的结构 数据有多种
线性数据结构：顺序表，链表，栈，队列
顺序表–数组
链表
//定义一个链表节点
struct node
{
int data;
struct node next;
};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：
struct node{
int data;//数据
struct node* next;//指针
};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，这是不⾏的。
匿名结构体类型不能实现结构体的自引用
解决⽅案如下：定义结构体不要使用匿名结构体了
typedef struct node
{
int data;
struct node* next;
}node;//上述代码等价于下边代码
struct node
{
int data;
struct node* next;
}
typedef struct node 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。
这也是⼀个特别热⻔的考点： 结构体内存对⻬
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1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.从第2个成员变量开始，都要对⻬到某个对⻬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齐数（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
//练习1
struct s1
{ // 默认 对齐数
char c1;// 1 8 1
int i;// 4 8 4
char c2;// 1 8 1
};
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 为什么存在内存对齐？
⼤部分的参考资料都是这样说的：
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。
例如
struct s
{
char c;//1
int i;//4
};
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
//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 一般是2的次方数 linux中不能改
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？ 6
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
struct s
{
int data[1000];//4000字节
int num;
};
struct s s = {{1,2,3,4}, 1000};
//结构体传参
void print1(struct s s)//s先拷贝，占用内存很大
{
//for循环打印数组
printf("%d\n", s.num);
}
//结构体地址传参
void print2(const struct s* ps)
{
printf("%d\n", ps->num);
printf("%d\n",ps->data[i]);
}
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：
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
4.1 什么是位段
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 选择其他整型家族类型，⽐如：char。
2.位段的成员名后边有⼀个冒号和⼀个数字。
⽐如：
struct a
{
int _a:2;//只占两个bit位
int _b:5;
int _c:10;
int _d:30;
};struct s
{
int _a;//4字节 32bit 可以节省30个字节
int _b;
int _c;
int _d;
//00 0
//01 1
//10 2
//11 3
}a就是⼀个位段类型。
位段是专门用来节省内存的
那位段a所占内存的⼤⼩是多少？
// %zd 8字节
printf("%d\n", sizeof(struct a));//
4.2 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。
//⼀个例⼦
struct s
{
char a:3;
char b:4;
char c:5;
char d:4;
};
struct s s = {0};
s.a = 10;//00001010
s.b = 12;//00001100
s.c = 3;//00000011
s.d = 4;//00000100
//空间是如何开辟的？ 在这之前我们先要了解一下内存的使用顺序
1.申请到的一块内存中，从左向右使用，还是从右向左使用，是不确定的 vs是从右向左
2.剩余空间，不是下一个成员使用的时候，是浪费呢？还是继续使用？ vs是浪费
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16，32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。
一个字节一个地址
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;
}到此这篇关于c/c++自定义类型：结构体的文章就介绍到这了,更多相关c++结构体内容请搜索代码网以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持代码网！
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