自定义结构之结构体详解

目录

声明

结构体的自引用

定义和初始化

内存对齐

结构体的对齐规则

引入offsetof

为什么存在内存对齐?

声明

1、完整的声明，标签（tag）必须写。

struct tag
{
    member-list;
}variable-list;

2、也可以不完全声明，省略结构体标签（tag）。这个叫匿名结构体类型。注意，此时创建的变量都是全局变量。

//匿名结构体类型
struct
{
    int a;
    char b;
    float c;
}x;//在此处直接定义了结构体变量x
​
struct
{
    int a;
    char b;
    float c;
}a[20], *p;
//在此处直接定义了数组a，a有20个元素，每个元素的数据类型是匿名结构体类型
//指针p，指向的元素类型是匿名结构体类型

这种情况下，要新建结构体变量，只能在variable-list处添加，在main函数中无法新建对应类型的结构体变量。

int main()
{
    //创建变量的方式
    struct xx;//warning 无标记的“struct”未声明符号
    p = &a;//err 编译器认为等号两端的类型不相同，匿名结构体类型中虽然成员是一模一样的，但在编译器的角度仍然是不一样的
    return 0; 
}

结构体的自引用

如链表的数据结构中所用的

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

此时结构体的大小可以正确计算。

定义和初始化

初始化：定义变量的同时也赋初值。

可以在声明类型的同时定义变量，如

struct Point//类型声明
{
    int x;
    int y;
}p1;//定义了结构体变量p1
struct Point p2 = {5, 5};//初始化

结构体嵌套初始化

struct Node
{
    int data;
    struct Point p;
    struct Node* next;
}n1 = {10, {4,5}, NULL};

内存对齐

结构体的对齐规则

1. 第一个成员在与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。 对齐数 = 编译器默认的一个对齐数 与 该成员大小的较小值。 VS编译器的默认对齐数为8；

   Linux默认不设对齐数，对齐数是结构体成员自身的大小。

3. 结构体总大小（单位是字节）为每一个成员变量的最大对齐数（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所包含的成员变量的最大对齐数的整数倍处，结构体的整体大小就是所有成员变量的最大对齐数（含嵌套结构体的对齐数）的整数倍。

引入offsetof

offsetof 是一个宏，用来计算结构体成员相较于起始位置的偏移量，返回值是int。

offsetof(type, member)  --#include<stddef.h>

#include <stdio.h>
#include <stddef.h>
struct S1
{
    char c1;
    int i;
    char c2;
};
int main()
{
    printf("%dn", offsetof(struct S1, c1));//0
    printf("%dn", offsetof(struct S1, i));//4，对齐数为min(8, 4) = 4，上面变量占用的空间已经到了0+char的大小(1) = 1，1 < 1*4，故对齐到偏移量为4的位置
    printf("%dn", offsetof(struct S1, c2));//8，从4+char的大小(4) = 8的偏移量处开始
//---以上总共9个字节，但要取结构体成员的最大对齐数的整数倍，即4的整数倍，得12
    printf("%dn", sizeof(struct S1));//12
    return 0;
}

例2

#include <stdio.h>
#include <stddef.h>
struct S2
{
    char c1;
    char c2;
    int i;
};
​
int main()
{
    printf("%dn", offsetof(struct S2, c1));//0
    printf("%dn", offsetof(struct S2, c2));//1，从0+char的大小(1)=1开始
    printf("%dn", offsetof(struct S2, i));//4，对齐数为min(8, 4) = 4，上面变量占用的空间已经到了2，2 < 1*4，故对齐到4的偏移量处
//--以上总共8个字节，取结构体成员的最大对齐数4的整数倍，可以取8
    printf("%dn", sizeof(struct S2));//8
    return 0;
}

例3

struct S3
{
    double d;//0
    char c;//8，对齐数1/8=>1
    int i;//12，对齐数4/8=>4
};//总字节数是16
//总大小是16

例4

struct S4
{
    char c1;//0
    struct S3 s3;//8，对齐数8/8=>8
    double d;//24，对齐数8/8=>8
};//总字节数为32
//总大小是32

为什么存在内存对齐?

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。

1. 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。

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，应该怎么做？ 答：让占用空间小的成员尽量集中在一起。

最后

以上就是淡然小蘑菇为你收集整理的自定义结构之结构体详解的全部内容，希望文章能够帮你解决自定义结构之结构体详解所遇到的程序开发问题。

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