一篇文章讓你搞懂自定義類型-----結(jié)構(gòu)體

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一篇文章讓你搞懂自定義類型-----結(jié)構(gòu)體,C/C++,c++,c語言

1 結(jié)構(gòu)體

1.1結(jié)構(gòu)體類型的聲明

1.1.1 結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)知識

結(jié)構(gòu)是一些值的集合，這些值稱為成員變量。結(jié)構(gòu)的每個成員可以是不同類型的變量

1.1.2 結(jié)構(gòu)的聲明

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

例如描述一個學(xué)生

struct Stu
{
 char name[20];//名字
 int age;//年齡
 char sex[5];//性別
 char id[20];//學(xué)號
}; //分號不能丟

1.1.3 特殊的聲明

在聲明結(jié)構(gòu)的時候，可以不完全的聲明
比如

//匿名結(jié)構(gòu)體類型
struct
{
 int a;
 char b;
 float c;
}x;
struct
{
 int a;
 char b;
 float c;
}a[20], *p;

上面的兩個結(jié)構(gòu)在聲明的時候省略掉了結(jié)構(gòu)體標(biāo)簽（tag）
那么問題來了

//在上面代碼的基礎(chǔ)上，下面的代碼合法嗎？
p = &x;

警告：
編譯器會把上面的兩個聲明當(dāng)成完全不同的兩個類型
所以是非法的

1.1.4 結(jié)構(gòu)的自引用

在結(jié)構(gòu)中包含一個類型為該結(jié)構(gòu)本身的成員是否可以呢？

//代碼1
struct Node
{
 int data;
 struct Node next;
};
//可行否？
如果可以，那sizeof(struct Node)是多少？

這里涉及到數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
所謂數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)描述的就是數(shù)據(jù)在內(nèi)存中的組織結(jié)構(gòu)
這個結(jié)構(gòu)體的自引用是錯誤的
你無法計算出sizeof(struct Node)的大小，類似于套娃，一個next變量里面又包含一個結(jié)構(gòu)體，包含一個data
正確的自引用方式

//代碼2
struct Node
{
 int data;
 struct Node* next;
};

data//數(shù)據(jù)域
//struct Node* next//指針域
結(jié)構(gòu)體指針訪問下一個節(jié)點(diǎn)的地址進(jìn)一步訪問到下一個節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)
注意

//代碼3
typedef struct
{
 int data;
 Node* next;
}Node;
//這樣寫代碼，可行否？
//解決方案：
typedef struct Node
{
 int data;
 struct Node* next;
}Node;

當(dāng)你去編譯的時候會報錯
這里不能提前使用Node
原因我們要對一個結(jié)構(gòu)體重命名的時候，結(jié)構(gòu)體必須是完整的
這時我對結(jié)構(gòu)體重命名為Node*就無法知道這個Node星從何處而來

1.1.5 結(jié)構(gòu)體變量的定義和初始化

有了結(jié)構(gòu)體類型，那如何定義變量

struct Point
{
 int x;
 int y;
}p1; //聲明類型的同時定義變量p1
struct Point p2; //定義結(jié)構(gòu)體變量p2
//初始化：定義變量的同時賦初值。
struct Point p3 = {x, y};
struct Stu        //類型聲明
{
 char name[15];//名字
 int age;      //年齡
};
struct Stu s = {"zhangsan", 20};//初始化
struct Node
{
 int data;
 struct Point p;
 struct Node* next; 
}n1 = {10, {4,5}, NULL}; //結(jié)構(gòu)體嵌套初始化
struct Node n2 = {20, {5, 6}, NULL};//結(jié)構(gòu)體嵌套初始化

//struct SN
//{
//	char c;
//	int i;
//}sn1 = { 'q', 100 }, sn2 = {.i=200, .c='w'};//全局變量
//
//struct S
//{
//	double d;
//	struct SN sn;
//	int arr[10];
//};
//
//int main()
//{
//	//struct SN sn3, sn4;//局部變量
//	//printf("%c %d\n", sn2.c, sn2.i);
//	struct S s = { 3.14, {'a', 99}, {1,2,3} };
//	printf("%lf %c %d\n", s.d, s.sn.c, s.sn.i);
//	int i = 0;
//	for (i = 0; i < 10; i++)
//	{
//		printf("%d ", s.arr[i]);
//	}
//	return 0;
//}
//

1.1.6 結(jié)構(gòu)體內(nèi)存對齊

我們已經(jīng)掌握了結(jié)構(gòu)體的基本使用了
現(xiàn)在我們深入討論一個問題：計算結(jié)構(gòu)體的大小
這也是一個特別熱門的考點(diǎn)：結(jié)構(gòu)體內(nèi)存對齊

//練習(xí)1
struct S1
{
 char c1;
 int i;
 char c2;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S1));
//練習(xí)2
struct S2
{
 char c1;
 char c2;
 int i;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S2));

這里打印的結(jié)構(gòu)是12和8
那導(dǎo)致這個結(jié)果的原因是什么呢？
在解釋這個答案之前我們需要了解以下offsetof這個宏
這個宏可以計算結(jié)構(gòu)體成員相較于結(jié)構(gòu)體起始位置的偏移量
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對于第一個例子
打印偏移量可以發(fā)現(xiàn)，結(jié)構(gòu)體成員不是按照順序在內(nèi)存中連續(xù)存放的，而是有一定的對齊規(guī)則的
結(jié)構(gòu)體內(nèi)存對齊規(guī)則：
1：結(jié)構(gòu)體的第一個成員永遠(yuǎn)放在相較于結(jié)構(gòu)體變量起始位置的偏移量為0的位置
2：從第二個成員開始，往后的每個成員都要對齊到某個對其數(shù)的整數(shù)倍處
對其數(shù)：結(jié)構(gòu)體成員自身大小和默認(rèn)對其數(shù)的較小值
VS上默認(rèn)對其數(shù)為8
在gcc環(huán)境上沒有默認(rèn)對其數(shù)，對其數(shù)就是結(jié)構(gòu)體成員的自身大小
這里需要重點(diǎn)注意以下對其數(shù)
i的自身大小是4，4和8的默認(rèn)較小值為4，所以i必須要對齊到4的倍數(shù)
偏移量4就是4的倍數(shù)，一次往后數(shù)4個字節(jié)
目前我們只占用了9個字節(jié)
為什么打印出來是12個字節(jié)呢？
當(dāng)然了這里有第三個注意的點(diǎn)就是：
結(jié)構(gòu)體的總大小，必須是最大對齊數(shù)的整數(shù)倍
最大對齊數(shù)是所有成員的對齊數(shù)中最大的值
所以結(jié)構(gòu)體成員中的最大對齊數(shù)為4，最小值12才是4的倍數(shù)，所以我們打印出來12個字節(jié)
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根據(jù)上圖我們可以發(fā)現(xiàn)，結(jié)構(gòu)體成員第一個變量的起始位置為0，即偏移量從0開始
先找各個結(jié)構(gòu)體成員的偏移量，然后找對齊數(shù)，算出總的對齊數(shù)再找結(jié)構(gòu)體成員中最大的對齊數(shù)再和總的對齊數(shù)找出對齊數(shù)的倍數(shù)即可
我們通過下圖引出第四個規(guī)則
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4. 如果嵌套了結(jié)構(gòu)體的情況，嵌套的結(jié)構(gòu)體對齊到自己的最大對齊數(shù)的整數(shù)倍處，結(jié)構(gòu)體的整
體大小就是所有最大對齊數(shù)（含嵌套結(jié)構(gòu)體的對齊數(shù)）的整數(shù)倍
簡而言之就是說結(jié)構(gòu)體S3中的最大對齊數(shù)為8，所以我們要從偏移量為8的位置處開始向下數(shù)16個字節(jié)，因?yàn)槲覀儐为?dú)寫出S3這個結(jié)構(gòu)體依靠前3個規(guī)則就可以計算出大小為16個字節(jié)，也可以參考第一個和第二個例子進(jìn)行計算
S4中的最大對齊數(shù)為8，所以總大小為32個字節(jié)
講了這么多，為什么要內(nèi)存對齊呢？
大部分的參考資料都是如是說的：

平臺原因(移植原因)
不是所有的硬件平臺都能訪問任意地址上的任意數(shù)據(jù)的；某些硬件平臺只能在某些地址處取某些特定類型的數(shù)據(jù)，否則拋出硬件異常
性能原因
數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(尤其是棧)應(yīng)該盡可能地在自然邊界上對齊
原因在于，為了訪問未對齊的內(nèi)存，處理器需要作兩次內(nèi)存訪問；而對齊的內(nèi)存訪問僅需要一次訪問
總體來說：
結(jié)構(gòu)體的內(nèi)存對齊是拿空間來換取時間的做法
那在設(shè)計結(jié)構(gòu)體的時候，我們既要滿足對齊，又要節(jié)省空間
如何做到：
讓占用空間小的成員盡量集中在一起

//例如：
struct S1
{
 char c1;
 int i;
 char c2;
};
struct S2
{
 char c1;
 char c2;
 int i;
};

S1和S2類型的成員一模一樣，但是S1和S2所占空間的大小有了一些區(qū)別

1.1.7 修改默認(rèn)對齊數(shù)

之前我們見過了 #pragma 這個預(yù)處理指令，這里我們再次使用，可以改變我們的默認(rèn)對齊數(shù)

#include <stdio.h>
#pragma pack(8)//設(shè)置默認(rèn)對齊數(shù)為8
struct S1
{
 char c1;
 int i;
 char c2;
};
#pragma pack()//取消設(shè)置的默認(rèn)對齊數(shù)，還原為默認(rèn)
#pragma pack(1)//設(shè)置默認(rèn)對齊數(shù)為1
struct S2
{
 char c1;
 int i;
 char c2;
};
#pragma pack()//取消設(shè)置的默認(rèn)對齊數(shù)，還原為默認(rèn)
int main()
{
    //輸出的結(jié)果是什么？
    printf("%d\n", sizeof(struct S1));
     printf("%d\n", sizeof(struct S2));
    return 0;
}

結(jié)論：
結(jié)構(gòu)在對齊方式不合適的時候，我們可以自己更改默認(rèn)對齊數(shù)

1.1.8 結(jié)構(gòu)體傳參

struct S
{
 int data[1000];
 int num;
};
struct S s = {{1,2,3,4}, 1000};
//結(jié)構(gòu)體傳參
void print1(struct S s)
{
 printf("%d\n", s.num);
}
//結(jié)構(gòu)體地址傳參
void print2(struct S* ps)
{
 printf("%d\n", ps->num);
}
int main()
{
 print1(s);  //傳結(jié)構(gòu)體
 print2(&s); //傳地址
 return 0;
}

直接上代碼
上面的 print1 和 print2 函數(shù)哪個好些？
答案是：首選print2函數(shù)。
原因：
函數(shù)傳參的時候，參數(shù)是需要壓棧，會有時間和空間上的系統(tǒng)開銷
如果傳遞一個結(jié)構(gòu)體對象的時候，結(jié)構(gòu)體過大，參數(shù)壓棧的的系統(tǒng)開銷比較大，所以會導(dǎo)致性能的下降
結(jié)論：結(jié)構(gòu)體傳參的時候，要傳結(jié)構(gòu)體的地址。文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-564311.html

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