c语言：结构体（详解）

我不是女神ヾ 2024-03-31 10:50 61阅读 0赞

#### 初识结构体 ####

*  一.结构体声明
 *   *  1.结构体的概念
     *  2.声明
 *  二.结构体的基础使用
 *  三.结构体变量的定义和初始化
 *  四.空结构体
 *  五.柔性数组
 *   *  1.定义
     *  2.使用
 *  六.结构体内存对齐
 *  七.位端

![在这里插入图片描述][53da076b6fdd42e797da409beb73f5e2.png]

## 一.结构体声明 ##

### 1.结构体的概念 ###

> **结构体是一些值的集合，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**

**这里与数组做出区分：数组是一组相同类型元素的集合**

*结构体主要是用来描述复杂对象，比如一本书，我们需要描述它的内容，作者名，售价…很明显只用int char…类型是不行的*

### 2.声明 ###

![在这里插入图片描述][03833b15dac94a7e8bd277ba70289945.png]

> **至于variable-list是什么请看下文结构体的基础使用**

*例子：我需要描述一个学生*

![在这里插入图片描述][ff9aa7c8de594c9bbaff62198215ebff.png]

## 二.结构体的基础使用 ##

![在这里插入图片描述][75447b219a6a494c9d0087fb5fe118ac.png]

> **注意结构体的声明只是定义了该结构体的类型（这类型就像是int ,char…是结构体被定义的类型），而s1,s2,s3才是向计算机申请了一块空间**

![在这里插入图片描述][9059b30a6408420a8d47679c597e4bde.png]

> **而创建的变量才开辟空间**

![在这里插入图片描述][637db13fc9084d7dac21d752dd56f3a8.png]

> **这里看看variable-list是什么**

![在这里插入图片描述][a149cd0918af48c3b18b5be00770dd5b.png]

> **s1,s2,s3和s4,s5的区别就像是定义一个全局变量i和一个局部变量i的区别**

**结构体的成员可以是变量，字符，数组甚至是其他结构体**

## 三.结构体变量的定义和初始化 ##

![在这里插入图片描述][b640f4abc77c4aba8fabc95c1c737c9d.png]

> **定义其实很简单，一般有三种方法，其中s4,s5,s6是全局变量，s1,s2,s3是局部变量**

*接下来初始化结构体变量*  
![在这里插入图片描述][2d9151271fdc4f36a8812983dd26438a.png]

> **这里注意括号内的元素要一一与声明内的相对应**

*那接下来将它打印出来*

![在这里插入图片描述][80d061be53e0458580e7da1e0ce0aa36.png]

![在这里插入图片描述][397997cd2cf84940826280d0d01ff93c.png]

> **这里打印也是需要依次对应的，.操作符就是专门访问结构体**

*接下来使用指针打印*

![在这里插入图片描述][2cd3ac909c8d4d7aa5ecf15439dec1bd.png]  
![在这里插入图片描述][0264fa39640b4b49b72c4c40020681ce.png]

> **这里的道理其实是一样的传的是s1的地址那么\*s1就是s1,然后再用.操作符。**

> **其实这样写有些麻烦，所以c语言有->符号专门访问这种传址调用**

![在这里插入图片描述][8f69c09f8b8e44049e592956516b7a79.png]

## 四.空结构体 ##

![在这里插入图片描述][e8f449bca47d4c9c86adbd47bb8d9e1e.png]![在这里插入图片描述][53757a175dcf4966a642f91ba671ccc6.png]![在这里插入图片描述][c4a48a0b22b64073af25ce0d1856a2ea.png]

> **结论是结构体有多大和平台有关系，接下来来讨论一下空结构体有多大**

![在这里插入图片描述][f93cb13ad8d74d7d8fd07107361493cc.png]

> **这里可以看出在VS里，空结构体是不能被定义的（如果是c++项目是可以编过的），它要求至少有一个成员。那么在Linux环境下呢？**

![在这里插入图片描述][0bfacc409c754355b333643755564d0a.png]

![在这里插入图片描述][ab6795b739a948afa6b8349345cbed7f.png]

> **可以看出，在Linux环境里空结构体是直接编过了并且大小是0.那么我此时就有些好奇了，空结构体能不能定义变量呢？该变量的大小是多少呢？**

![在这里插入图片描述][eaec554921714b4782c57414cab4de33.png]

![在这里插入图片描述][674c171bfff244729bb99a609c503544.png]

> **我们发现空结构体可以定义变量并且该变量的大小是0。那既然空间是0，可不可以存储数据呢？答案是不行的**

![在这里插入图片描述][ac378150bc5e43aea02c828104575e80.png]  
![在这里插入图片描述][80a3e9769a7942d1ae5d27c2591586bb.png]

**换言之，在c语言中可以定义一个大小为0的变量，但是因为该变量没有空间，所以不能赋值并且不同的编译器对空结构体的要求不一样，要从多种环境下看**

## 五.柔性数组 ##

### 1.定义 ###

![在这里插入图片描述][5185c4d72a8f415090672b565c23db94.png]![在这里插入图片描述][7016a35ecc7a4f6eabb75592e4aae100.png]![在这里插入图片描述][42035fed66a4464daa9f90ac39f917d4.png]![在这里插入图片描述][774b40a6c1994e45b2da0f01bd4088be.png]

> **柔性数组不同于变长数组，它只能被定义在结构体中**

*对于c语言是不能定义一个大小为0的数组的*

![在这里插入图片描述][85385f03e7934d34bf0c28ec2b862ce7.png]

*但对柔性数组来说，我们一般将它的大小填为0并且编译器是能编过的*

![在这里插入图片描述][2fca88073a224fa383abfb9f328cc93e.png]  
*其实以上就是一个柔性数组的定义，但根据我们习惯，我们尽量把柔性数组放在最后定义，也就是如下*

![在这里插入图片描述][a92d44967c0848bdbd53b9540385a8fa.png]

### 2.使用 ###

> **首先要明确的是柔性数组不占空间**

![在这里插入图片描述][6644ee52c3e448498df83f4a7e403eba.png]

> **柔性数组就是帮助我们开辟空间的**

![在这里插入图片描述][0c9c425409b04d3ea65adc0129dc74f4.png]

![在这里插入图片描述][8439a15afdb84628af3fd199df39e8d6.png]

**其实严格意思上讲，柔性数组就是将结构体变长**

![在这里插入图片描述][62e6c9ab9d974af3950ad652b19fb53c.png]

## 六.结构体内存对齐 ##

*看一个例子*

![在这里插入图片描述][6f872b26604d4474b397812b4be62933.png]

> **两个结构体我们只是调整了顺序但是它们的内存大小却截然不同，这就是因为内存对齐。**

**1.结构体的第一个成员，对齐到结构体在内存中存放位置的0偏移处。**

![在这里插入图片描述][6724f8c9cd5143c0924362ba25afd7b8.png]

> **c1存到偏移量0位置。**

**2.从第二个成员开始，每个成员都要对齐到对齐数的整数倍数。**

> **对齐数是结构体成员自身大小和默认对齐数的较小数。在VS里，默认对齐数是8;在Linux里没有默认对齐数。**

> **接下来存放i，i自身大小是4而VS的默认对齐数是8，4<8，按照4来对齐。偏移量必须是对齐数的倍数，也就是说i必须从偏移量为4的位置开始储存。**

![在这里插入图片描述][8fb502fba02f48bcab181d06680887cd.png]

> **接下来c2的分析方法与i一样。**

![在这里插入图片描述][89c09fb06865495facdca3089238f311.png]

**3.结构体的总大小必须是所有成员对齐数中最大的对齐数的整数倍。**

> **这里最大对齐数是4，那么它的总大小应该是4的倍数，而上面一个9个字节很明显不是4的倍数，所有得继续向下走。**

![在这里插入图片描述][8e828caf4d8f455ebb2fb9aaae19604b.png]

> **所以stu1的总大小就是12。同理stu1按照这么分析就是8.**

*再来一个例子*

![在这里插入图片描述][4af2999ef570475b93b729653252ca5f.png]  
![在这里插入图片描述][62438ec70794402590b0a37e0a930e3e.png]

> **此时在结构体内包含另一个结构体又有新的规则。**

**4.如果结构体内嵌套结构体，里面的结构体要对其自己最大成员的整数倍。**

> **s3的大小是16（这里不再计算了），而s3里最大对齐数是8，所以s3应该对齐8的整数倍。**

![在这里插入图片描述][e28c5cfa5f994067b465f28b85874438.png]

> **接下来就是放d。**

![在这里插入图片描述][72382e17e1384310b19a0dc39d452f98.png]

> **从0到31一共32个字节，判断是否为最大对齐数的整数倍（要包含嵌套结构体里的最大对齐数，8）。可以发现最大对齐数是8，而32是8的倍数，所以32就是s4的大小。**

*为什么要进行结构对齐呢？*

![在这里插入图片描述][bf91a2b95984430297900fa1c67dfbe6.png]

> **下面是内存不对齐情况，a必须读取两次，但在上面内存对齐下，a只需要读取一次就可以了。注意这里内存一次读取多少字节却决于机器。**

![在这里插入图片描述][63f1e26dcd6145d4b07a22ce0c642c64.png]![在这里插入图片描述][550b08415ed740e8a36c1e2c4ad0531e.png]

*自定义默认对齐数*

> **上面说到，在VS里，默认对齐数是8.但有些时候这种默认对齐数可能并不合适，所以c语言又提供了一种宏\#pragma pack来自定义对齐数。**

![在这里插入图片描述][45f13eb5757243c190f83b2bdeb9a675.png]  
![在这里插入图片描述][59cf3c294dec4d7baef7b4b3a967f5f9.png]

> **\#pragma pack(1),就是将默认对齐数改为1。而下面的\#pragma pack()就是取消修改。意思是4这个修改的对齐数到\#pragma pack就结束了。**

## 七.位端 ##

> **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（char也可以，因为char本质上也是整形） 。  
> 2.位段的成员名后边有一个冒号和一个数字。**

![在这里插入图片描述][02b00bb1d2b643048a544e77b381cc69.png]  
![在这里插入图片描述][10c6405959b643669b41f2fd481b218f.png]

> **位端中的位其实就是比特位。一个整形应该是4个字节，32个比特位。我们看\_a后面的2就代表它需要2给比特位，同理\_b需要5个比特位，\_c需要10个比特位，\_d需要30个比特位。总共需要47个比特位，很明显只有两个整形才能装下，故该结构体的大小是8个字节。（位段本身设计就是为了节省空间，所以不用对齐）**

*内存分配方式*

**1. 位段的成员可以是 int unsigned int signed int 或者是 char （属于整形家族）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。  
4. 以上面的例子为例，a+b+c为17个比特位，那么一个整形还剩下15个比特位。下面的d需要30个比特位很明显装不下，需要在开辟一个整形空间，但它究竟是会将剩下的15个比特位占满还是直接从新的空间里开辟，c语言没有明确规定，取决于编译器。**

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*位段的跨平台性*

> **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。**

**总结：  
跟结构相比，位段可以达到同样的效果，但是可以很好的节省空间，但是有跨平台的问题存在。**  
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