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结构体详解

backend 2025/5/19 19:19:35

本文是小编巩固自身而作，如有错误，欢迎指出

1.结构体类型声明

在前文，已经讲述过相关问题，这里只进行简单解释

1.1结构声明

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

如果介绍一本书包括其价格，颜色

struct book
{char color[10];double price;
};

1.2结构体的创建和初始化

看以下代码即可

#include <stdio.h>
struct Stu
{char name[20];//名字 int age;//年龄 char sex[5];//性别 char id[20];//学号 
};
int main()
{//按照结构体成员的顺序初始化 struct Stu s = { "张三", 20, "男", "20230818001" };printf("name: %s\n", s.name);printf("age : %d\n", s.age);printf("sex : %s\n", s.sex);printf("id : %s\n", s.id);//按照指定的顺序初始化 struct Stu s2 = { .age = 18, .name = "lisi", .id = "20230818002", .sex = 
"⼥" };printf("name: %s\n", s2.name);printf("age : %d\n", s2.age);printf("sex : %s\n", s2.sex);printf("id : %s\n", s2.id);return 0;
}

2.结构体的内存对齐

这部分内容将是本章重点讲述内容。

我们先看以下代码

struct S1
{char c1;int i;char c2;
};
int main()
{printf("%d\n", sizeof(struct S1));return 0;
}

其中struct的内存是怎么计算的呢，这就涉及结构体对齐，下面详细介绍

内存对齐的原因

硬件访问效率：现代计算机硬件通常以特定的字节数（如2字节、4字节、8字节等）为单位来访问内存。如果数据存储的地址是对齐的，硬件可以更快地读取和写入数据，减少内存访问的次数和时间开销。

对齐规则

结构体的起始地址：结构体变量的起始地址必须是其最大成员类型大小的整数倍。例如，一个结构体包含一个char（1字节）和一个int（4字节），那么该结构体变量的起始地址必须是4的倍数。
成员变量的对齐：每个成员变量的存储地址必须是其自身类型大小的整数倍。例如，int类型的成员变量必须存储在4字节对齐的地址上。
结构体的总大小：结构体的总大小必须是其最大成员类型大小的整数倍。如果需要，编译器会在结构体的末尾填充额外的字节，以满足这个条件。

其排列可以如图所示

因为其最大对齐数为4，char类型就会浪费三个字节

3.结构体传参

通过上面的学习我们可以知道，结构体的的声明时是会出现内存较大的结构体的，如果直接使用结构体传参，就会开辟大量空间，所以我们可以用地址传参来减少空间的使用

struct S
{int data[1000];int num;
};//结构体地址传参 
void print2(struct S* ps)
{printf("%d\n", ps->num);
}
int main()
{struct S s = { {1,2,3,4}, 1000 };print2(&s); //传地址 return 0;
}

4.结构体实现位段

4.1什么是位段

位段（bit field）是C语言和C++语言中的一种特殊数据结构，它允许在一个字节或多个字节内精确地分配和使用位。这在节省内存空间和直接操作硬件寄存器等场景中非常有用。

、

位段的声明和结构是类似的，有两个不同：

1. 位段的成员必须是 int、unsigned int 或signed int ，在C99中位段成员的类型也可以选择其他类型。

2. 位段的成员名后边有⼀个冒号和⼀个数字。

#include<stdio.h>
struct A
{int _a:2;int _b:5;int _c:10;int _d:30;
};
int main()
{printf("%d\n", sizeof(struct A));return 0;
}

上述代码其实就是重新将bite位分配在32位环境下int型有32个bite位，其中前三项合起来不过32，共占4个字节

4.2 位段的内存分配

1. 位段的成员可以是 int unsigned int signed int 或者是 char 等类型

2. 位段的空间上是按照需要以4个字节（ int ）或者1个字节（ char ）的⽅式来开辟的。

3. 位段涉及很多不确定因素，位段是不跨平台的，注重可移植的程序应该避免使⽤位段。

//⼀个例⼦ 
struct S
{char a:3;char b:4;char c:5;char d:4;
};
struct S s = {0};
s.a = 10;
s.b = 12;
s.c = 3;
s.d = 4;
//空间是如何开辟的？

现在我们来思考空间是怎么开辟的

我们先看内存中的状况

如图我们可以看到，内存中存放的是62 03 04，这是为什么呢，下面我们画图解释

如图所示，当把每一个数从右向左放入内存，即可解释内存的存储

4.3位段使用的注意事项

位段的⼏个成员共有同⼀个字节，这样有些成员的起始位置并不是某个字节的起始位置，那么这些位置处是没有地址的。内存中每个字节分配⼀个地址，⼀个字节内部的bit位是没有地址的。

所以不能对位段的成员使⽤&操作符，这样就不能使⽤scanf直接给位段的成员输⼊值，只能是先输⼊放在⼀个变量中，然后赋值给位段的成员。

struct A
{int _a : 2;int _b : 5;int _c : 10;int _d : 30;
};
int main()
{struct A sa = { 0 };scanf("%d", &sa._b);//这是错误的 //正确的⽰范 int b = 0;scanf("%d", &b);sa._b = b;return 0;
}

今天的分享就到这里了，后续会继续更新，感谢阅读！

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