• C语言第三十弹---自定义类型：结构体(上)

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    结构体

    1、结构体类型的声明

    1.1、结构体回顾

    1.1.1、结构的声明

    1.1.2、结构体变量的创建和初始化

    1.2、结构的特殊声明

    1.3、结构的自引用

    2、结构体内存对齐

    2.1、对齐规则

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    总结

    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

    1. struct tag
    2. {
    3.  member-list;//成员列表
    4. }variable-list;//全局变量列表
    例如描述⼀个学生： 
    1. struct Stu
    2. {
    3.  char name[20];//名字
    4.  int age;//年龄
    5.  char sex[5];//性别
    6.  char id[20];//学号
    7. }; //分号不能丢

    1.1.2、结构体变量的创建和初始化

    1. #include <stdio.h>
    2. struct Stu
    3. {
    4.  char name[20];//名字
    5.  int age;//年龄
    6.  char sex[5];//性别
    7.  char id[20];//学号
    8. };
    9. int main()
    10. {
    11.  //按照结构体成员的顺序初始化
    12.  struct Stu s = { "张三", 20, "男", "20230818001" };
    13.  printf("name: %s\n", s.name);
    14.  printf("age : %d\n", s.age);
    15.  printf("sex : %s\n", s.sex);
    16.  printf("id : %s\n", s.id);
    17.  
    18.  //按照指定的顺序初始化
    19.  struct Stu s2 = { .age = 18, .name = "lisi", .id = "20230818002", .sex = "⼥
    20.  printf("name: %s\n", s2.name);
    21.  printf("age : %d\n", s2.age);
    22.  printf("sex : %s\n", s2.sex);
    23.  printf("id : %s\n", s2.id);
    24.  return 0;
    25. }

    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： 
    1. //匿名结构体类型
    2. struct
    3. {
    4.  int a;
    5.  char b;
    6.  float c;
    7.  }x;
    8. struct
    9. {
    10.  int a;
    11.  char b;
    12.  float c;
    13. }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）。
    那么问题来了？ 
    1. //在上⾯代码的基础上，下⾯的代码合法吗？
    2. 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 
    1. struct Node
    2. {
    3.  int data;
    4.  struct Node next;
    5. };
    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： 
    1. struct Node
    2. {
    3.  int data;
    4.  struct Node* next;
    5. };
    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？ 
    1. typedef struct
    2. {
    3.  int data;
    4.  Node* next;
    5. }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 
    1. typedef struct Node
    2. {
    3.  int data;
    4.  struct Node* next;
    5. }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。
    这也是⼀个特别热门的考点： 结构体内存对齐

    2.1、对齐规则

    首先得掌握结构体的对齐规则：
    1. 结构体的第⼀个成员对齐到和结构体变量起始位置偏移量为0的地址处
    2. 其他成员变量要对齐到某个数字（对齐数）的整数倍的地址处。
    对齐数 = 编译器默认的⼀个对齐数 与 该成员变量大小的较小值。
    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齐数，所有对齐数中最大的）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齐到自己的成员中最大对齐数的整数倍处，结构体的整体大小就是所有最大对齐数（含嵌套结构体中成员的对齐数）的整数倍。
    - VS 中默认的值为 8
    - Linux中 gcc 没有默认对齐数，对齐数就是成员自身的大小 
    1. //练习1
    2. struct S1
    3. {
    4.  char c1;
    5.  int i;
    6.  char c2;
    7. };
    8. printf("%d\n", sizeof(struct S1));

    1、根据结构体对齐的规则，结构体的第⼀个成员对齐到和结构体变量起始位置偏移量为0的地址处，即上图第一个绿色框。

    2、其他成员变量要对齐到某个数字（对齐数）的整数倍的地址处。对齐数 = 编译器默认的⼀个对齐数 与 该成员变量大小的较小值。int 类型对齐数为4，VS默认对齐数为8，因此对齐到4的整数倍，即上图橙色方框。

    3、其他成员变量要对齐到某个数字（对齐数）的整数倍的地址处。char 类型对齐数为1，VS默认对齐数为8，因此对齐到1的整数倍，即上图蓝色方框。

    4、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齐数，所有对齐数中最大的）的整数倍。最大对齐数为4，此时结构体大小9不是4的倍数，因此会再在多浪费3个字节(上图x是浪费的空间)，因此大小为12字节。

    1. //练习2
    2. struct S2
    3. {
    4.  char c1;
    5.  char c2;
    6.  int i;
    7. };
    8. printf("%d\n", sizeof(struct S2));

    1、根据结构体对齐的规则，结构体的第⼀个成员对齐到和结构体变量起始位置偏移量为0的地址处，即上图第一个绿色框。

    2、其他成员变量要对齐到某个数字（对齐数）的整数倍的地址处。对齐数 = 编译器默认的⼀个对齐数 与 该成员变量大小的较小值。char 类型对齐数为1，VS默认对齐数为8，因此对齐到1的整数倍，即上图橙色方框。

    3、其他成员变量要对齐到某个数字（对齐数）的整数倍的地址处。char 类型对齐数为1，VS默认对齐数为8，因此对齐到1的整数倍，即上图蓝色方框。

    4、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齐数，所有对齐数中最大的）的整数倍。最大对齐数为4，此时结构体大小8是4的倍数，因此大小为8字节。

    1. //练习3
    2. struct S3
    3. {
    4.  double d;
    5.  char c;
    6.  int i;
    7. };
    8. printf("%d\n", sizeof(struct S3));

    1、根据结构体对齐的规则，结构体的第⼀个成员对齐到和结构体变量起始位置偏移量为0的地址处，即上图第一个绿色框。

    2、其他成员变量要对齐到某个数字（对齐数）的整数倍的地址处。对齐数 = 编译器默认的⼀个对齐数 与 该成员变量大小的较小值。char 类型对齐数为1，VS默认对齐数为8，因此对齐到1的整数倍，即上图橙色方框。

    3、其他成员变量要对齐到某个数字（对齐数）的整数倍的地址处。int 类型对齐数为4，VS默认对齐数为8，因此对齐到4的整数倍，即上图蓝色方框。

    4、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齐数，所有对齐数中最大的）的整数倍。最大对齐数为8，此时结构体大小16是8的倍数，因此大小为16字节。

    1. //练习4-结构体嵌套问题
    2. struct S4
    3. {
    4.  char c1;
    5.  struct S3 s3;
    6.  double d;
    7. };
    8. printf("%d\n", sizeof(struct S4));

    1、根据结构体对齐的规则，结构体的第⼀个成员对齐到和结构体变量起始位置偏移量为0的地址处，即上图第一个绿色框。

    2、如果嵌套了结构体的情况，嵌套的结构体成员对齐到自己的成员中最大对齐数的整数倍处，结构体的整体大小就是所有最大对齐数（含嵌套结构体中成员的对齐数）的整数倍。

    其他成员变量要对齐到某个数字（对齐数）的整数倍的地址处。对齐数 = 编译器默认的⼀个对齐数 与 该成员变量大小的较小值。double 类型对齐数为8，VS默认对齐数为8，因此对齐到8的整数倍，即上图橙色方框。

    3、其他成员变量要对齐到某个数字（对齐数）的整数倍的地址处。char 类型对齐数为1，VS默认对齐数为8，因此对齐到1的整数倍，即上图蓝色方框。

    4、其他成员变量要对齐到某个数字（对齐数）的整数倍的地址处。int 类型对齐数为4，VS默认对齐数为8，因此对齐到4的整数倍，即上图绿色方框。

    5、其他成员变量要对齐到某个数字（对齐数）的整数倍的地址处。double 类型对齐数为8，VS默认对齐数为8，因此对齐到8的整数倍，即上图橙色方框。

    6、结构体的整体大小就是所有最大对齐数（含嵌套结构体中成员的对齐数）的整数倍。最大对齐数为8，此时结构体大小32是8的倍数，因此大小为32字节。

    总结


    本篇博客就结束啦，谢谢大家的观看，如果公主少年们有好的建议可以留言喔，谢谢大家啦！

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