1. 结构体类型的声明
1.1 结构体的概念
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
struct tag
{
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;
}
运行结果如图:
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：
//匿名结构体类型
struct
{
int a;
char b;
float c;
}x;
struct
{
int a;
char b;
float c;
}*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？
//在上⾯代码的基础上，下⾯的代码合法吗？
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：
struct Node
{
int data;
struct Node next;
};
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：
struct Node
{
int data;//存放数据
struct Node* next;//存放下一个节点的地址
};
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;
2. 结构体内存对齐
现在我们深⼊讨论⼀个问题：计算结构体的大小。这也是⼀个特别热⻔的考点: 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：
-
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
-
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。- 结构体内存对齐VS 中默认的值为 8
- Linux中 gcc 没有默认对齐数，对⻬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，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⻬数（含嵌套结构体中成员的对⻬数）的整数倍。
2.1.1 练习1:
//练习1
#include <stdio.h>
struct S1
{
char c1;//0(偏移量为0的地址上)
char c2;//1
//因为是int,根据规则二,要对齐到4的的整数倍的地址处
int i;//4~7
//0~7一共7个字节
};
int main()
{
printf("%zd", sizeof(struct S1));
return 0;
}
运行结果如图:
2.1.2 练习2:
//练习2:
#include <stdio.h>
struct S2
{
char c1;//0(偏移量为0的地址上)
int i;//4~7
char c2;//8
//对齐到4的整数倍,9~11,总共12个字节
};
int main()
{
printf("%zd", sizeof(struct S2));
return 0;
}
运行结果如图:
2.1.3 练习3:
//练习3
#include <stdio.h>
struct S3
{
double d;//0~7
char c;//8
int i;//12~15
//一共16个字节
};
int main()
{
printf("%zd", sizeof(struct S3));
return 0;
}
运行结果如图:
2.1.4 练习4:
//练习4-结构体嵌套问题
#include <stdio.h>
struct S3
{
double d;
char c;
int i;
};
struct S4
{
char c1;//0
struct S3 s3;//8~23(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)
double d;//24~31
//一共32个字节
};
int main()
{
printf("%zd", sizeof(struct S4));
return 0;
}
运行结果如图:
2.2 offsetof宏的使用
offsetof (type,member)
- offsetof - 计算结构体成员相较于起始位置的偏移量
- 第一个参数是结构体类型，第二个参数是结构体成员名
- 使用offsetof宏需要包含头文件 #include <stddef.h>
代码举例:
#include <stdio.h>
#include <stddef.h>
struct S3
{
double d;
char c;
int i;
};
//练习4-结构体嵌套问题
struct S4
{
char c1;
struct S3 s3;
double d;
};
int main()
{
printf("%d\n", offsetof(struct S4,c1));
printf("%d\n", offsetof(struct S4,s3));
printf("%d\n", offsetof(struct S4,d));
return 0;
}
运行结果如图:
2.3 为什么存在内存对齐?
大部分的参考资料都是这样说的：
-
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。 -
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齐。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。
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
总体来说：结构体的内存对齐是拿空间来换取时间的做法。
//例如：
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。
2.4 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)//设置默认对齐数为1
struct S
{
char c1;
int i;
char c2;
};
#pragma pack()//取消设置的对齐数，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。
3. 结构体传参
3.1 代码一
#include <stdio.h>
struct S
{
int data[1000];
int num;
};
void print1(struct S t)
{
printf("%d %d\n", t.data[0], t.num);
}
int main()
{
struct S s = { {1,2,3,4,5},100 };
print1(s);
return 0;
}
运行结果如图:
3.2 代码二
#include <stdio.h>
struct S
{
int data[1000];
int num;
};
void print1(struct S t)
{
printf("%d %d\n", t.data[0], t.num);
}
void print2(struct S* ps)
{
printf("%d %d\n", ps->data[0], ps->num);
}
int main()
{
struct S s = { {1,2,3,4,5},100 };
print1(s);
print2(&s);
return 0;
}
运行结果如图:
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。文章来源：https://www.toymoban.com/news/detail-822849.html
结论：
结构体传参的时候，要传结构体的地址。文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-822849.html
到了这里，关于结构体内存对齐(面试重点)的文章就介绍完了。如果您还想了解更多内容，请在右上角搜索TOY模板网以前的文章或继续浏览下面的相关文章，希望大家以后多多支持TOY模板网！
