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C語言?struct結構體超詳細講解_C 語言

作者：李逢溪 ? 更新時間： 2022-06-12 編程語言

一、本章重點

  • 創建結構體
  • typedef與結構體的淵源
  • 匿名結構體
  • 結構體大小
  • 結構體指針
  • 其他

二、創建結構體

先來個簡單的結構體創建

這就是一個比較標準的結構體

struct people
{
	int age;
	int id;
	char address[10];
	char sex[5];
};//不要少了分號。

需要注意的是不要少了分號。

那么這樣創建結構體呢？

struct phone
{
	char brand[10];//品牌
	int price;//價格
};
 
struct people
{
	int age;
	int id;
	char address[10];
	char sex[5];
	struct phone;
};

很顯然，一個結構體是能夠嵌套另一個結構體的。

沒有這樣的設計，這樣做也行

struct people
{
	int age;
	int id;
	char address[10];
	char sex[5];
	char phone_brand[10];
	int phone_price;
};

但結構體中成員太多了是不利于我們后期的維護的，試問：假設有1000個成員，你能快速的找出你需要的成員嗎？當有了分塊的結構體，我們是能夠迅速的定位和查看的。

??結構體能夠嵌套另一結構體，那么結構體能否嵌套自己呢？

struct phone
{
	char brand[10];
	int price;
	struct phone;
};

這樣做之后編譯器會給你一個報錯

原因是什么呢？

因為這個結構體的大小是未定義的，你能算出這個結構體的大小嗎？這是不可能的！

既然大小不能確定，那么當你用這個結構體去創建變量，編譯器該為這個變量開辟多大的空間呢？所有編譯器在設計之初便杜絕了這種可能。

在提一個問題，結構體是否可以嵌套自己的結構體指針呢？

struct people
{
	int age;
	int id;
	char address[10];
	char sex[5];
	struct people* son[2];
};

答案是：可以

這里并不存在空間該分配多少的問題，因為struct?people*是指針類型，它的大小是確定的，在32位機器下是4字節，64為機器是8字節。

三、typedef與結構體的淵源

先上一段代碼

struct people
{
	int age;
	int id;
}a;//a代表什么？
 
 
int main()
{
	a.age = 20;
	printf("%d\n", a.age);
	return 0;
}

提問：a代表什么？

其實我們可以這樣去看這個問題

struct people{int age;int id;} a;
 
 
int main()
{
	a.age = 20;
	printf("%d\n", a.age);
	return 0;
}

對比int?b呢？

int b;
struct people{int age;int id;} a;
 
 
int main()
{
	a.age = 20;
	printf("%d\n", a.age);
	return 0;
}

顯然，struct people{int age;int id;}代表的是結構體類型，就像整形類型一樣去創建變量。

那么這里的a就是結構體創建的變量。

這里也能明白結構體創建的最后為什么要保留分號。

那我們再看一段代碼：

typedef struct people
{
	int age;
	int id;
}a;
 
 
int main()
{
	a.age = 20;
	printf("%d\n", a.age);
	return 0;
}

此時加上typedef，a還能當結構體創建的變量嗎？

顯然不行，此時編譯器會報錯。

?理解方式以上述一致。

typedef struct people{int age;int id;} a;

類似于

typedef struct people{int age;int id;} a;
typedef int b;

此時的a就是struct people{int age;int id;}

typedef的作用是把struct people{int age;int id;}這一類型重命名為a。

不知道你有沒有見過這樣的代碼

typedef struct people
{
	int age;
	int id;
}b,a,*c;
 
int main()
{
	a a1;
	b b1;
	c c1 = &a1;
	a1.age = 5;
	b1.age = 6;
	c1->age = 10;
	printf("%d %d %d\n", a1.age, b1.age, c1->age);
	return 0;
}

你知道運行結果嗎？

這里的b、a、c是什么呢？

這里我就不啰嗦了，a和b都是struct people{int age;int id;}結構體類型，c是struct people{int age;int id;}*? 結構體指針類型。

運行結果：

那么再次提升一下

typedef struct people
{
	int age;
	int id;
}b, a, c[20];
這里的b、a、c代表什么呢？

期待著你動手解決這一問題。

四、匿名結構體

這就是一個匿名的結構體

struct
{
	int age;
	int id;
};
 
int main()
{
	struct p1;
	p1.age = 10;
	printf("%d\n", p1.age);
	return 0;
}

匿名結構體能這樣創建結構體變量嗎？

此時編譯器會報錯

這樣的匿名結構體只能在創建結構體的時候定義好變量。

比如這樣

struct
{
	int age;
	int id;
}p1;
 
int main()
{
	p1.age = 10;
	printf("%d\n", p1.age);
	return 0;
}

?接下來我們看下這段代碼

typedef struct
{
	int age;
	int id;
}people;
 
int main()
{
	people p1;
	p1.age = 10;
	printf("%d\n", p1.age);
	return 0;
}

這里我們重命名這個匿名結構體，即把這個結構體類型重命名為people。

那么我們自然可以用people類型來創建p1。也可創建p2、p3等等。

運行結果：

以下代碼合法嗎？

//匿名結構體類型
struct
{
 int a;
 char b;
 float c; 
}x;
 
struct
{
 int a;
 char b;
 float c; 
}a[20], *p;
 
int main()
{
    //在上面代碼的基礎上，下面的代碼合法嗎？
    p = &x;
    return 0;
}

警告： 編譯器會把上面的兩個聲明當成完全不同的兩個類型。 所以是非法的。

五、結構體大小

如何求結構體類型的大小？

這需要了解結構體成員在內存是怎么存儲的。

你知道下面這段代碼的運行結果嗎？

struct people
{
	char a;
	int b;
	char c;
};
 
int main()
{
	struct people p1;
	printf("%d\n", sizeof(p1));//大小是6嗎？
	return 0;
}

char是一字節大小

int是四字節大小

char是一字節大小

直接相加等于6

那么這個結構體的大小是6嗎？

但我們發現答案是12

這是為什么呢？

簡單來說編譯器為了讀取內存時提升效率和避免讀取出錯，它做了內存對齊的操作。

什么是內存對齊？

就是讓數據安排在合適的位置上所進行的對齊操作。

為什么要內存對齊？

  • 一、移植原因

1.不是所有的硬件平臺都能訪問任意地址上的任意數據的；

2.某些硬件平臺只能在某些地址處取某些特定類型的數據，否則拋出硬件異常。

  • 二、性能原因：

為了訪問未對齊的內存，處理器需要作兩次內存訪問；而對齊的內存訪問僅需要一次訪問。

對齊規則：

Windows中默認對齊數為8，Linux中默認對齊數為4

  • 一：第一個數據成員從偏移地址為0的地方開始存放。
  • 二：對齊數：等于默認對齊數與與該成員大小的較小值。
  • 三：從第二成員開始，從它對齊數的整數倍的偏移地址開始存放。
  • 四：最后結構體的大小需要調整為最大對齊數的整數倍。

最大對齊數：即所有成員對齊數中最大的對齊數。

struct people
{
	char a;
	int b;
	char c;
};

解析：

第一個為char，直接放在偏移地址為0的位置處。

第二個為int，它的自身大小為4，比默認對齊數小，所以它的對齊數是4。

4是4的整數倍，所以在偏移地址為4處開始放數據。

第三個為char，自身大小為1，比默認對齊數小，它的對齊數是1。

8是1的整數倍，從偏移地址為8的位置開始放。

總大小為9，不是最大對齊數的整數倍

要浪費3個空間，調整后為12。

我們再看看下面這段代碼：

將char?和 int成員變量交換位置后，這結構體的大小還是12嗎？

struct people
{
	char a;
	char c;
	int b;
};
 
int main()
{
	struct people p1;
	printf("%d\n", sizeof(p1));//大小是多少呢？
	return 0;
}

解析：

第一個：直接從0處開始放

第二個是char：對齊數是1，1是1的整數倍，從偏移地址為1的位置開始放。

第二個是int：對齊數是4，4是4的整數倍，從偏移地址為4的位置開始放。

放好各個成員變量后，總大小是8，是最大對齊數（4）的整數倍，不需要調整。

因此這個結構體的大小是8.

再來看看下面這個如何？

struct people
{
	char a;
	int b;
	short c[2];
	char d;
};
 
int main()
{
	struct people p1;
	printf("%d\n", sizeof(p1));//大小是6嗎？
	return 0;
}

解析：

第一個成員是char，直接放再0地址處。

第二個成員是int，對齊數是4，從偏移地址為4的位置處開始存放。

第三個成員是short[2]，關于數組，它的對齊數是首元素的大小與默認對齊數的較小值，這里它的對齊數是2，然后從偏移地址為8處開始存放4個字節。

第四個成員是char，對齊數是1，直接放開12位置處。

總大小是13，最大對齊數是4，不是最大對齊數的整數倍，需要對齊到最大對齊數的整數倍，浪費3字節大小，對齊到16.

所以這個結構體的大小是16.

六、結構體指針

先創建一個結構體

struct people
{
	char a;
	int b;
};

然后用該結構體創建變量，再用結構體指針指向該變量。

int main()
{
	struct people p1;
	struct people* p = &p1;
	return 0;
}

所謂結構體指針，即指向結構體的指針。

正如整形指針，即指向整形的指針。

訪問變量方式1：

int main()
{
	struct people p1;
	struct people* p = &p1;
	p1.a = 'a';
	p1.b = 10;
	printf("%c %d\n", p1.a, p1.b);
	return 0;
}

訪問變量方式2：

int main()
{
	struct people p1;
	struct people* p = &p1;
	p->a = 'a';
	p->b = 10;
	printf("%c %d\n", p->a, p->b);
	return 0;
}

訪問變量方式3：

int main()
{
	struct people p1;
	struct people* p = &p1;
	(*p).a = 'a';
	(*p).b = 10;
	printf("%c %d\n", (*p).a, (*p).b);
	return 0;
}

七、其他

結構體中還有兩個常見知識點：

一、位端

二、柔性數組

由于篇幅原因，下期會細細講解這兩個知識點

原文鏈接：https://blog.csdn.net/m0_62171658/article/details/123862064

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