【C语言】自定义类型：结构体 |
您所在的位置：网站首页 › 结构体的创建思维导图 › 【C语言】自定义类型：结构体 |
【C语言】自定义类型：结构体
|
前言 本期讲解结构体的声明及使用等等 文章目录 一、初识结构体1.1 结构体的概念1.2 结构体的声明1.3 结构体变量创建和初始化 二、访问结构体成员三、结构体内存对齐3.1 内存对齐的规则3.2 为什么会存在内存对齐3.3 修改默认对齐数 四、位段4.1 什么是位段？4.2 如何使用位段4.3 位段的内存分配4.4 位段的跨平台问题4.5 位段使⽤的注意事项在这里插入图片描述 如果你喜欢这篇文章，点赞👍+评论+关注⭐️哦！ 欢迎大家提出疑问，以及不同的见解。 一、初识结构体 1.1 结构体的概念结构体（Struct）是一种在用于组织和存储不同类型数据的自定义数据类型。结构体可以包含多个不同数据类型的成员变量，这些成员变量可以具有不同的数据类型，例如整数、浮点数、字符、字符串、数组、其他结构体等等。结构体的成员变量在内存中是连续存储的。 1.2 结构体的声明 struct tag{ member-list;//结构体（或类）的成员列表，用于定义结构体中包含的成员变量 }variable-list;//结构体的变量列表，用于声明结构体的实际变量或对象如果我们描述一个学生，要创建整型，字符，浮点数等等，如果是两个学生，或者更多，挨个对他们创建变量就显得非常繁琐。所以就有了结构体类型，用来存储不同类型数据。 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 1.3 结构体变量创建和初始化 //声明结构体的同时定义变量s及初始化 struct Stu {//类型声明 char name[15];//名字 int age; //年龄 }s = { "zhangsan", 20 };//初始化 //声明结构体之后再定义变量s及初始化 struct Stu {//类型声明 char name[15];//名字 int age; //年龄 }; struct s = { "zhangsan", 20 }; //嵌套的结构体变量的定义及初始化 struct Node{ int data; struct stu s1; struct Node* next; }n1 = { 10, { "zhangsan", 20 }, NULL }; //结构体嵌套初始化在C99标准中，允许不按照成员的顺序进行初始化。这可以通过在初始化时使用成员标签来实现，从而为结构体的特定成员赋值，而不必遵循结构体成员的声明顺序。 struct Stu{ char name[15]; int age; }; struct Stu s = {.age=20, .name="zhangsan"};//为结构体的特定成员初始化 二、访问结构体成员定义了结构体变量，就要访问变量的成员。可以通过以下两种方式： 结构成员访问操作符有两个⼀个是 . ，⼀个是 -> 结构体变量 . 成员变量名结构体指针->成员变量名 #include #include struct Stu{ char name[15];//名字 int age; //年龄 }; void print_stu(struct Stu s){ printf("%s %d\n", s.name, s.age);//通过结构体变量及操作符.访问成员 } void set_stu(struct Stu* ps){ strcpy(ps->name, "李四");//通过结构体指针及操作符->访问成员 ps->age = 28; } int main(){ struct Stu s = { "张三", 20 }; print_stu(s); set_stu(&s); print_stu(s); return 0; } 三、结构体内存对齐结构体的大小，可能并不只是简单地将结构体成员各自的类型大小相加。因此在计算结构体大小时应考虑内存对齐规则。 3.1 内存对齐的规则结构体的第⼀个成员对⻬到相对结构体变量起始位置偏移量为0的地址处 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 是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8Linux中没有默认对⻬数，对齐数就是成员⾃⾝的⼤⼩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。 如果嵌套了结构体的情况，同样的道理，内部的结构体本身是外部结构体的成员，结构体总⼤⼩也为最⼤对⻬数的整数倍 //练习1 struct S1{ char c1;//char类型为1个字节，比默认对齐数8小，对齐数为1 int i; //类型4字节，默认对齐数8，对齐数为4 char c2;//类型1字节，默认对齐数8，对齐数为1 }; printf("结构体类型s1的内存大小=%d\n", sizeof(struct S1)); //练习2 struct S2{ char c1;//类型1字节，默认对齐数8，对齐数为1 char c2;//类型1字节，默认对齐数8，对齐数为1 int i; //类型4字节，默认对齐数8，对齐数为4 }; printf("结构体类型s2的内存大小=%d\n", sizeof(struct S2));结构体总⼤⼩也为最⼤对⻬数的整数倍练习1中，最大对齐数为4，所以填充到偏移量为11的位置，内存才为12。同样练习2的最大对齐数为4，因为int类型刚好占到了偏移量为7的位置，内存为8，是4的整数倍，不再需要填充字节。
硬件要求：许多计算机体系结构要求数据在内存中按特定的边界对齐。这是因为处理器通常需要以固定大小的块（如字节、字、双字、四字等）来读取内存，如果数据没有按照这些块的边界对齐，就会导致额外的处理开销和性能下降。 性能优化：内存对齐可以减少内存访问的次数。当数据按照特定的边界对齐时，处理器可以更快地访问内存，因为它可以使用更简单的地址计算来获取数据。这可以提高程序的执行速度，特别是对于需要频繁访问内存的计算密集型应用。 总体来说：结构体的内存对齐是拿空间来换取时间的做法。因此我们在定义结构体要尽量使所占字节较小的变量放在前面 同时在函数传参时，如果参数是结构体，使用地址传参。可以想象，如果一个结构体太大，参数压栈（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）的的系统开销⽐较⼤，会导致性能的下降。 3.3 修改默认对齐数 #include //#pragma 这个预处理指令，可以改变编译器的默认对⻬数。 #pragma pack(1)//设置默认对⻬数为1 struct S{ char c1; int i; char c2; }; #pragma pack()//取消设置的默认对⻬数，还原为默认 int main(){ //输出的结果是什么？ printf("%d\n", sizeof(struct S)); return 0; }结构体在对齐方式不合适的时候，我们可以自己更改默认对齐数。 运行结果： "位段"通常用于表示一个整数中的一组特定位（或二进制位）位段允许您将一个整数的特定位域用于存储不同的信息，而不是整数的所有位都用于单一目的。 这在节省内存和优化数据存储时非常有用。位段通常与结构体（struct）或联合体（union）一起使用，以定义一组位字段。 4.2 如何使用位段int 类型是位段的常见基础数据类型之一。也可以使用有符号整数类型（int）或无符号整数类型（unsigned int）来定义位段，具体取决于您的需求。char 类型也常用于定义位段。C99引入了_Bool布尔类型，通常用于表示布尔值，可以用于位段来表示真或假。 位段的使用: struct A{ //类型 变量名 冒号 宽度（几个bit） int _a : 2;// 第一个位段，2位宽度 int _b : 5;// 第二个位段，5位宽度 int _c : 10;// 第三个位段，10位宽度 }; 4.3 位段的内存分配位段的内存分配要注意所使用计算机的字节序（大小端） 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。 4.5 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。 #include 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; } 如果你喜欢这篇文章，点赞👍+评论+关注⭐️哦！ 欢迎大家提出疑问，以及不同的见解。
|
运行结果： 
【本文地址】