引言

這是一篇對結構體的詳細介紹，這篇文章對結構體聲明、結構體的自引用、結構體的初始化、結構體的內存分布和對齊規則、庫函數offsetof、以及進行內存對齊的原因、如何修改默認對齊數、結構體傳參進行介紹和說明。

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???????????????所屬專欄：《C語言進階》

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目錄

引言

結構體的聲明

結構體的基礎

結構的聲明

匿名結構體類型

結構體的自引用

typedef作用于結構體的問題

?結構體變量的定義和初始化

多個元素的初始化要用大括號{ }

結構體的內存對齊

1.對齊規則

1.例子

2.例子

?3.例子

??????????

4.例子

offsetof

offsetof的使用

??編輯

?為什么要存在內存對齊

修改默認對齊數

?結構體傳參

結構體的聲明

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結構體的基礎

結構是一些值的集合，這些值被稱為成員變量。結構的每個成員可以是不同類型的變量。

在一個變量中，要存放性別、年齡、成績、地址多種類型的數據時，C語言允許用戶自己建立由不同類型數據組成的組合型的數據結構，它稱為結構體。

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結構的聲明

結構體是怎么聲明的呢？

struct tag
{member_list;
}variable_list;  //分號不能丟struct Student
{//學生的相關信息char name[20];int age;
}s1,s2;

• tag，Student是結構體名
• member_list是成員表列
• struct是聲明結構體類型是必須使用的關鍵字，不能省略
• s1,s2變量就是學生變量。
• { }后面要記得把“ ；”帶上

struct tag就是一個結構體類型，我們可以根據自己的需要建立結構體類型，struct Teacher,struct Student等結構體類型，各自包含不同的成員。

如果將s1,s2放在main函數的外面，那么s1,s2就是全局變量。

struct Student
{//學生的相關信息char name[20];int age;
}s1,s2;int main()
{return 0;
}

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匿名結構體類型

結構體在聲明的時候省略了結構體標簽（tag）,沒有名字的結構體類型只能使用一次，被稱為匿名結構體類型。

由于沒有名字，編譯器會把下面的兩個代碼當成完全不同的兩個類型。

所以，p = &x.

會因為類型不同報錯。

struct
{char name[20];int age;
}s1;struct
{char name[20];int age;
}a[20],*p;

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結構體的自引用

結構體的自引用用到數據結構中的鏈表。

數據結構中有順序表、鏈表的概念，

順序表

數據在內存中是順序排放的，可以逐個根據地址找到下一個數據。

鏈表

數據在內存中的存放是沒有規律的但是存放數據，會分為兩個部分，

一個部分叫數據域，存放有效數據，

另一個部分叫指針域，用來存放下一個數據的地址，可以通過地址直接找到下一個數據。

我們通過鏈表就可以實現結構體的自引用。

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

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typedef作用于結構體的問題

下面在結構體自引用使用的改成中，夾雜了typedef對匿名結構體類型重命名，看看下面的代碼，有沒有問題？

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

答案是不行的，因為Node是對前面的匿名結構體類型的重命名產生的，但是在匿名結構體內部提前使用Node類型來創建成員變量，這是不行的。

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

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?結構體變量的定義和初始化

struct Point是結構體類型，它相當于一個模型，是沒有占據具體空間的，

當我們建立結構體變量p1，它相當于具體的房屋，在內存中儲存數據。

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

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多個元素的初始化要用大括號{ }

在結構體中，如果存在多個元素的變量，我們初始化時要使用大括號。

像數組一樣，arr[] = { 0, 1, 2, 3, 4 };

• 打印結構體，s1是struct Stu的變量，name是s1的成員變量，用s1.name表示s1結構體的name變量
• s是struct Stu中的成員變量，用s1.s.n表示在結構體struct score的成員變量n。

struct score
{int n;char ch;
};
struct Stu
{char name[20];int age;struct score s;
};int main()
{struct Stu s1 = { "zhangsan",20,{100,'q' } };printf("%s %d %d %c\n", s1.name, s1.age, s1.s.n, s1.s.ch);return 0;
}

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結構體的內存對齊

如何計算結構體的大小？

結構體的內存分布是怎樣的？

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1.對齊規則

首先掌握結構體的對齊規則

#include <stdoi.h>
struct S1
{char c1;int i;char c2;
};
int main()
{printf("%d\n", sizeof(struct S1));return 0;
}

解析：?

右邊表示的是偏移量，

1.第一個成員char c1要對齊到和結構體變量起始位置偏移量為0的地址處,占一個字節

2.其他成員要對齊到對齊數的整數倍的地址處

對?數 = 編譯器默認的?個對?數 與 該成員變量??的較?值。

VS中的默認對齊數是8.

? int i的大小是4個字節，對齊數就是4。int i 的地址要對齊到為偏移量整數倍的地址，也就是4的整數倍，偏移量為4的地址。int i 是4個字節，那占據的地址偏移量為4~7

char c2 的大小是1個字節，對齊數是1。1可以為任意偏移量的整數倍。所以char c2的地址的偏移量就是8.

3.結構體的大小為最大對齊數（結構體中每個成員變量都有一個對齊數，所有對齊數中最大的）的整數倍

成員變量有char c1,int i ,char c2。它們的對齊數分別是1，4，1。因此最大對齊數為4。

結構體總大小為最大對齊數的整數倍，現在偏移量是0~8，一共是9個字節，要湊成4的整數倍，就是12個字節，在浪費3個字節就可以了，地址偏移量9~11一共是3個字節。

這個結構體的內存就儲存在偏移量為0~11的空間。

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2.例子

#include<stdio.h>
struct S2
{char c1;char c2;int i;
};
int main()
{printf("%d\n",sizeof(struct S2));return 0;
}

?

??????????

解析：? ?

右邊表示的是偏移量，

1.第一個成員char c1要對齊到和結構體變量起始位置偏移量為0的地址處,占一個字節

2.其他成員要對齊到對齊數的整數倍的地址處

對?數 = 編譯器默認的?個對?數 與 該成員變量??的較?值。

VS中的默認對齊數是8.

char c1? 的大小是1個字節，對齊數就是1。char c1的地址要對齊到為偏移量整數倍的地址，也就是1的整數倍，偏移量為1的地址。

int i 的大小是4個字節，對齊數是4。int i 的地址就要移到偏移量為4的倍數的地址。所以int i 的地址的偏移量就是4.int i 是4個字節，那占據的地址偏移量為4~7

3.結構體的大小為最大對齊數（結構體中每個成員變量都有一個對齊數，所有對齊數中最大的）的整數倍

成員變量有char c1,int i ,char c2。它們的對齊數分別是1，4，1。因此最大對齊數為4。

結構體總大小為最大對齊數的整數倍，現在偏移量是0~7，剛好是8個字節，是4的倍數。

這個結構體的內存就儲存在偏移量為0~7的空間。

????????

?3.例子

#include<stdio.h>
struct S3
{double d;char c;int i;
};
int main()
{printf("%d\n",sizeof(struct S3));return 0;
}

解析：?

1.第一個成員要對齊到結構體變量起始位置偏移量為0的地址處，double d占8個字節，所以占據的內存空間是偏移量為0~7的地址

2.其他成員要對齊到對齊數的整數倍的地址處

char c的大小是1個字節，任意偏移量都可以為1的整數倍，所以char c的地址是下一位，偏移量為8的地址。

int i 的大小是4個字節，要對齊到偏移量為4的倍數的地址，也就是偏移量為12，int i 占據的內存空間為偏移量為12~15的地址。

3.結構體的大小為最大對齊數的整數倍。

最大對齊數是double的對齊數，也就是8。現在的結構體占16個字節（偏移量為0~15），剛好是8的倍數。

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4.例子

這個例子包括了嵌套結構體的情況，嵌套的結構體成員對?到??的成員中最?對?數的整數倍處，結構體的整體??就是所有最?對?數（含嵌套結構體中成員的對?數）的整數倍。

#include<stdio.h>
struct S3
{double d;char c;int i;
};
struct S4
{char c1;struct S3 s3;double d;
};
int main()
{printf("%d\n",sizeof(struct S4));return 0;
}

?

解析：?

1.第一個成員要對齊到結構體變量起始位置偏移量為0的地址處，char c1占1個字節，占據偏移量為0的空間。

2.嵌套的結構體成員對?到??的成員中最?對?數的整數倍處，結構體的整體??就是所有最?對?數（含嵌套結構體中成員的對?數）的整數倍。

接下來是struct s3，要對齊自己成員的最大對齊數，double d的對齊數為8個字節，對齊到偏移量為8的地址，

3.其他成員要對齊到對齊數的整數倍的地址處，嵌套的結構體成員也是這樣，double d占據8個字節，占據偏移量為8~15的地址。

char c對齊偏移量16，占據一個字節。

int i 的對齊數為4，對齊偏移量為20，占據4個字節，就是偏移量為20~23的空間。

struct S3整理完，繼續到struct S4，輪到double d

double d的對齊數為8，對齊偏移量24，占據8個字節，占據空間偏移量為24~31。

4.結構體的大小為最大對齊數的整數倍。

當前空間一共是32個字節（0~31），結構體struct S4,struct S3中的成員的最大對齊數是8。因此結構體的大小要是最大對齊數的整數倍。32剛好是8的整數倍。

??????????

offsetof

返回成員的偏移量 ，頭文件<stddef.h>

offsetof (type,member)

offsetof的使用

type是類型，

#include <stdio.h>
#include <stddef.h>
struct S1
{char c1;int i;char c2;
};
int main()
{printf("%d\n", offsetof(struct S1, c1));printf("%d\n", offsetof(struct S1, i));printf("%d\n", offsetof(struct S1, c2));return 0;
}

?

??????????

?為什么要存在內存對齊

總體來說：結構體的內存對?是拿空間來換取時間的做法。

?以32為機器為例，32位機器一次可以訪問32位比特位的數據，

如果沒有對齊規則，就像左邊，機器要訪問兩次才可以得到 int i 的值，

有對齊規則，就像右邊，想要訪問 i ，只需要訪問一次就足夠了。

對齊規則的思想：把數據放在機器可以一次訪問得到數據的空間內，使訪問更具效率。?

? ?

修改默認對齊數

當結構體的對齊方式不適合時，我們也可以修改默認對齊數。

• 在括號填寫數字，對默認對齊數進行修改。
• 如果（）內沒有數字，則時將默認對齊數恢復到默認值。

#pragma pack()

下面的struct S原本是占據12個字節的空間，對默認對齊數進行修改后，只占據6個字節的空間。?

#include <stdio.h>
#pragma pack(1)//設置默認對?數為1
struct S
{char c1;int i;char c2;
};
#pragma pack()//取消設置的對?數，還原為默認
int main()
{//輸出的結果是什么？printf("%d\n", sizeof(struct S));return 0;
}

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?結構體傳參

• 傳值調用，將數據通過參數傳過去，然后函數print會創立獨立的空間，對傳過來的數據進行存儲
• 傳址調用，將數據的地址傳過去，函數通過指向數據的地址對數據進行使用，不需要再建立空間對數據進行存放。

#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);
}
void print2(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},100 };print1(s);print2(&s);return 0;
}

????????

上面的傳值調用print1?和 傳址調用print2 函數那哪個更好？

原因：

函數傳參的時候，參數是需要壓棧，會有時間和空間上的系統開銷。

如果傳遞?個結構體對象的時候，結構體過?，參數壓棧的的系統開銷?較?，所以會導致性能的下降。