C语言自定义类型:结构体的使用及其内存对齐【超详细建议点赞收藏】

这篇具有很好参考价值的文章主要介绍了C语言自定义类型:结构体的使用及其内存对齐【超详细建议点赞收藏】。希望对大家有所帮助。如果存在错误或未考虑完全的地方,请大家不吝赐教,您也可以点击"举报违法"按钮提交疑问。

1. 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

1.1 结构的声明

C语言自定义类型:结构体的使用及其内存对齐【超详细建议点赞收藏】,c语言,开发语言
注意:

  1. 成员列表可以是不同类型的变量;
  2. 成员后一定要有分号;
  3. 花括号后也有一个分号。

例如描述一个学生:

struct Stu
{
	char name[20];//姓名
	int age;//年龄
	char tele[12];//电话
	char sex[3];//性别
};//分号不能丢

注意:上述代码没有创建变量,也没有初始化,只是声明了一个结构体类型,就像int,float一样,只是一种类型。

1.2 结构体变量的创建和初始化

接下来我们可以用结构体类型创建变量

方式1:
声明类型的同时创建,这是全局变量

struct Stu
{
	char name[20];//姓名
	int age;//年龄
	char tele[12];//电话
	char sex[3];//性别
}s1,s1;

方式2:
我们也可以在函数内部创建局部变量

# include <stdio.h>

struct Stu
{
	char name[20];//姓名
	int age;//年龄
	char tele[12];//电话
	char sex[3];//性别
};

int main()
{
	struct Stu s3;//s3是局部变量

	return 0;
}

我们再对结构体变量进行初始化:
方式1:直接初始化

struct Point
{
	int x;
	int y;
}p1 = { 2,3 };


 struct Stu
{
	char name[20];//姓名
	int age;//年龄
 }s1 = { "zhangsan",27 };
 

方式2:也可以再函数内部进行初始化

struct Stu
{
	char name[20];//姓名
	int age;//年龄
};

int main()
{
	struct Stu s1 = { "zhangsan",24 };

	return 0;
}

当然,也有结构体的嵌套:

struct score
{
	int n;
	char ch;
};

struct Stu
{
	char name[20];//姓名
	int age;//年龄
	struct score s;//嵌套一个结构体变量
};


int main()
{
	struct Stu s1 = { "zhangsan",24 ,{45,'a'} };

	return 0;
}

我们也可以将其打印出来:

struct score
{
	int n;
	char ch;
};

struct Stu
{
	char name[20];//姓名
	int age;//年龄
	struct score s;
};


int main()
{
	struct Stu s1 = { "zhangsan",24 ,{45,'a'} };

	printf("%s %d %d %c\n", s1.name, s1.age, s1.s.n, s1.s.ch);

	return 0;
}

打印结果:
C语言自定义类型:结构体的使用及其内存对齐【超详细建议点赞收藏】,c语言,开发语言

1.3 结构的特殊声明—匿名结构体

在声明结构的时候,可以不完全声明:

struct 
{
	char name[20];//姓名
	int age;//年龄
	char tele[12];//电话
	char sex[3];//性别
};

上面的结构在声明时省略了结构体标签,我们称为匿名结构体

注意:匿名结构体只能通过创建全局变量使用一次!!

# include <stdio.h>

struct 
{
	char name[20];//姓名
	int age;//年龄
	char tele[12];//电话
	char sex[3];//性别
}s1;

int main()
{

	return 0;
}

1.4 结构的自引用

在结构体中包含一个类型为该结构体本身的成员是否可以呢?比如,定义一个链表的结点:

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

上述代码正确吗?如果正确,那么sizeof(struct Node)是多少呢?
仔细分析,其实是不行的,因为⼀个结构体中再包含⼀个类型的结构体变量,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;
};

这样我们就把一个结点分成两部分,一部分存放数据,叫数据域,另一部分存放下一个结点的地址,叫指针域。

在结构体自引用使用的过程中,夹杂了 typedef 对匿名结体类型重命名,也容易引入问题,看看下面的代码,可行吗?

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

这种写法语法是不支持的。
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,这就产生了"先有鸡还是先有蛋"的问题,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(重点!!)

上面我们了解了结构体的基本使用。
接下来我们再讨论一个问题 :计算结构体的大小。

2.1 对齐规则

首先要知道结构体的对齐规则:

  1. 第一个成员在结构体变量偏移量为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。
    注意:
    (1) 对齐数=编译器默认的对齐数与该成员大小的较小值
    (1)VS中默认值为8(注意:其他编译器是没有默认对齐数的,对齐数就是自身大小。)

  3. 结构体总大小为最大对齐数(每个成员变量都有一个对齐数)的整数倍

  4. 如果嵌套了结构体的情况,嵌套的结构体对齐到自己的最大对齐的整数倍处。
    结构体的整体大小就是所有最大对齐数的(含嵌套结构体的对齐数)的整数倍。

2.2 例题讲解

例1:

#include <stdio.h>

struct S1
{
	char c1;
	int i;
	char c2;
};

int main()
{
	struct S1 s1;
	printf("%d\n", sizeof(struct S1));
	
	return 0;
}

输出结果:
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画图解释:
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例2:

#include <stdio.h>

struct S2
{
	char c1;
	char c2;
	int i;
};

int main()
{
	struct S2 s1;
	printf("%d\n", sizeof(struct S2));
	
	return 0;
}

输出结果:
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画图解释:
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例3:

#include <stdio.h>

struct S3
{
	double d;
	char c;
	int i;
};

int main()
{
	struct S3 s3;
	printf("%d\n", sizeof(struct S3));
	
	return 0;
}

输出结果:
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画图解释:
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例4:结构体嵌套问题

#include <stdio.h>

struct S4
{
	char c1;
	struct S3 s3;
	double d;
};

int main()
{
	struct S4 s4;
	printf("%d\n", sizeof(struct S4));

	return 0;
}

输出结果:
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画图解释:
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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:

  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齐。原因在于,为了访问未对齐的内存,处理器需要作两次内存访问;而对齐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齐成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:结构体的内存对齐是拿空间来换取时间的做法。

那在设计结构体的时候,我们既要满足对齐,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
如例1和例2,s1和s2的成员一模一样,但两者所占空间大小却不同。

2.4 修改默认对齐数

  • #pragma : 预处理指令,可以改变编译器的默认对齐数。
  • 使用时要引用头文件<stddef.h>
  • 注意:一般修改的对齐数都为2的n次方。不会修改为1,3,5……或负数。

例如还是用例1来说明:

#include <stdio.h>
#include <stddef.h>

#pragma pack(1)//设置默认对齐数为1
struct S1
{
	char c1;
	int i;
	char c2;
};
#pragma()//取消设置的对齐数,还原为默认

int main()
{
	printf("%d\n", sizeof(struct S1));
}

输出结果:
C语言自定义类型:结构体的使用及其内存对齐【超详细建议点赞收藏】,c语言,开发语言
修改之前大小是12个字节,修改后变成了6字节。

3. 结构体传参

方式1:传值调用。访问结构体时用点(.)操作符。

#include <stdio.h>

struct S
{
	int data[1000];
	int num;
};

void print1(struct S ss)
{
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 3; i++)
	{
		printf("%d ", ss.data[i]);
	}
	printf("%d\n", ss.num);
}

int main()
{
	struct S s = { {1,2,3},200 };
	print1(s);  //传值调用,直接传变量名
	
	return 0;
}

方式2:传址调用。访问结构体时用箭头(->)操作符。

#include <stdio.h>

struct S
{
	int data[1000];
	int num;
};

void print2(const struct S* ps)
{
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 3; i++)
	{
		printf("%d ", ps->data[i]);
	}
	printf("%d\n", ps->num);
}

int main()
{
	struct S s = { {1,2,3},200 };
	print2(&s); //传址调用,传变量名的地址

	return 0;

输出结果都为:
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上面的两种方式哪个更好呢?
答案是:传址调用更好。

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,要传结构体的地址文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-839428.html

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