C语言：结构体(详细讲解)

结构体类型的声明

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。

结构声明

struct a
{
	int a;
	char b;
};

描述一个学生

struct a//描述一个学生
{
	char xm[20];//姓名
	int nl;//年龄
	char xb[5];//性别
	int xh[20]//学号
};

结构体的创建和初始化

#include<stdio.h>
struct a//描述一个学生
{
	char xm[20];//姓名
	int nl;//年龄
	char xb[5];//性别
	char xh[20];//学号
};

int main()
{
	//按照结构体成员的顺序初始化
	struct a xiao = { "小米",18,"男","10080112"};
	//打印结构体
	printf("姓名 = %s\n", xiao.xm);
	printf("年龄 = %d\n", xiao.nl);
	printf("性别 = %s\n", xiao.xb);
	printf("学号 = %s\n", xiao.xh);
	printf("------------------------------------\n");
	//按照指定的顺序初始化
	struct a haha = { .xb = "男",.xh = "200457893",.xm = "熊猫",.nl = 22 };
	//打印结构体
	printf("姓名 = %s\n", haha.xm);
	printf("年龄 = %d\n", haha.nl);
	printf("性别 = %s\n", haha.xb);
	printf("学号 = %s\n", haha.xh);
}

结构体的⾃引⽤

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：

错误的⾃引⽤：

struct a
{
	int data;
	struct a p;
};

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：

struct a
{
	int data;
	struct a *p;
};

结构体的特殊声明

在声明的时候可以不完全声明

//在上⾯代码的基础上，下⾯的代码合法吗？
p = &x;

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。

结构体内存对⻬

当我们会了结构体的创建和声明

那结构体的⼤⼩是多少呢？

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 a
{
	char a;
	char b;
	int c;
};
int main()
{
	printf("%zd\n", sizeof(struct a));
}

练习2

struct a
{
	char a;
	int c;
	char b;
};
int main()
{
	printf("%zd\n", sizeof(struct a));
}

练习3

struct a3
{
	double a;
	char c;
	int i;
};


int main()
{
	printf("%zd\n", sizeof(struct a3));

练习4-结构体嵌套问题

为什么会存在内存对⻬

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：

struct a//12
{
	char a;
	int c;
	char b;
};

struct a2//8
{
	char a;//2个占⽤空间⼩的集中在⼀起
	char b;
	int c;
};

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。

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。

结构体的传参

struct a//结构体
{
	int arr[99];
	char a;
	int b;
};
//传结构体
void day1(struct a p1)
{
	for (int i = 0; i < 10; i++)
	{
		printf("%d ", p1.arr[i]);

	}
	printf("\n");
	printf("%c\n", p1.a);
	printf("%d\n", p1.b);
}
//传结构体地址
void day2(struct a *p2)
{
	for (int i = 0; i < 10; i++)
	{
		printf("%d ", p2->arr[i]);
	}
	printf("\n");
	printf("%c\n", p2->a);
	printf("%d\n", p2->b);
}

int main()
{
	struct a p = { {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10},'w',66 };
	day1(p);//传结构体
	day2(&p);//传地址
}

上⾯的 day1和 day2 函数哪个好些 答案是：day2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。

结构体实现位段

结构体讲完就得讲讲结构体实现 位段 的能⼒。

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 选择其他类型。 2. 位段的成员名后边有⼀个冒号和⼀个数字。

struct A
{
	int _a : 2;
	int _b : 5;
	int _c : 10;
	int _d : 30;
};

int main()
{
	printf("%zd\n", sizeof(struct A));
}

位段前

位段后

我们可以发现位段可以节省空间

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。

位段的跨平台问题

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，并且可以很好的节省空间，但是有跨平台的问题存在。

位段的应⽤

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。

‘’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。

struct arr
{
	int _a : 2;
	int _b : 5;
	int _c : 10;
	int _d : 30;
};

int main()
{
	struct arr p = { 0 };

	scanf("%d", &p._a);//位段不能直接取地址操作

	int r = 0;
	scanf("%d", &r);//正确的示范
	p._a = r;
}