从零开始玩转C语言(六):结构体篇

一、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

structtag

{

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 char id[20];//学号 }; //分号不能丢

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

声明结构的时候，可以不完全声明

struct { int a; int b; float c; }x; struct { int a; int 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）。

如果对上述结构体使用

p=&x;

会有警告

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

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

上述代码是有问题的

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，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。

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;

二、结构体内存对齐

2.1 对齐规则

题目1

struct S1 { char c1; int i; char c2; }; printf("%d\n", sizeof(struct S1));

答案：

这种题目需要自己动手多画，画几次就会了。

题目2

struct S2 { char c1; char c2; int i; }; printf("%d\n", sizeof(struct S2));

答案：

题目3

struct S3 { double d; char c; int i; }; printf("%d\n", sizeof(struct S3));

答案:

16个字节

题目4

struct S4 { char c1; struct S3 s3; double d; }; printf("%d\n", sizeof(struct S4));

嵌套结构体的对齐数 = 其内部最大对齐数（S3 的最大对齐数是 8）

答案：

32个字节

2.2 为什么存在内存对齐?

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 修改默认对齐数

#pragma 这个预处理指令，可以改变编译器的默认对齐数。

#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; }

答案:

结构体的对齐方式是在定义时确定的！
- #pragma pack(1) 在 struct S 之前 → S 使用 1 字节对齐

- #pragma pack() 在 struct S 之后 → 只影响后续定义的结构体

最终答案是6

结构体在对齐方式不合适的时候，我们可以自己更改默认对齐数。

三、结构体传参

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： 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。

四.结构体实现位段

4.1 什么是位段

4.2 位段的内存分配

4.3 位段的跨平台问题

4.4 位段的应用

4.5 位段使用的注意事项

位段的几个成员共用一个字节，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 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​12 //正确的示范​ int b = 0; scanf("%d", &b); sa._b = b; return 0; }