目录

引言1.结构体类型1.1 结构体的声明1.2 结构体的创建和初始化1.3 访问结构体成员1.4 小技巧1.5 结构的特殊声明1.6 结构体的自引用

2.结构体内存对齐2.1 对齐规则2.1.1 内存对齐例题

2.2 为什么存在内存对⻬?2.3 修改默认对⻬数

3.结构体传参结语

引言

在C语言中，结构体是一种自定义的数据类型，它允许我们将不同类型的数据组合在一起，形成一个新的数据类型。结构体的使用为我们解决了一些复杂数据的表示和处理问题，不仅限于单单的整型或者字符。本文将深入探讨结构体类型、结构体变量的创建和初始化，并详细介绍结构体中的内存对齐规则。

1.结构体类型

结构体类型是由不同类型的数据成员组成的集合，其中每个数据成员可以是任意类型的数据，包括基本数据类型、数组、指针、其他结构体等。结构体类型的定义使用关键字"<code>struct"。

1.1 结构体的声明

形式如下：

struct tag

{

member-list; // 成员列表

};

举例：描述一个学生

struct student

{

char name[20]; // 名字

int age; // 年龄

char sex[5]; // 性别

char id[20]; // 学号

}; // 注意分号不要遗忘

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1.2 结构体的创建和初始化

结构体可以在声明的同时创建

struct student

{

char name[20]; // 名字

int age; // 年龄

char sex[5]; // 性别

char id[20]; // 学号

}stu; // 这样就在声明的同时创建了一个struct student类型的变量stu

结构体也可以声明完后再创建

struct student

{

char name[20]; // 名字

int age; // 年龄

char sex[5]; // 性别

char id[20]; // 学号

};

int main()

{

struct student stu; // 这样也是创建了一个struct student类型的变量stu

return 0;

}

结构体的初始化

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;

}

输出结果：

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1.3 访问结构体成员

结构体指针变量成员的访问：

<code>struct student

{

char name[20]; // 名字

int age; // 年龄

char sex[5]; // 性别

char id[20]; // 学号

};

int main()

{

struct student* stu = (struct student*)malloc(sizeof(struct student));

stu->age = 18;

printf("age : %d\n", stu->age); // 只有指针能用箭头访问成员

(*stu).age = 20;

printf("age : %d\n", (*stu).age); // 必须要加（），因为.的优先级高于*

return 0;

}

输出结果：

只有指针能用箭头<code>->访问成员。

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非指针的结构体成员的访问

struct student

{

char name[20]; // 名字

int age; // 年龄

char sex[5]; // 性别

char id[20]; // 学号

};

int main()

{

struct student stu;

stu.age = 18;

printf("age : %d\n", stu.age);

return 0;

}

输出结果：

非指针的结构体只能通过<code>.访问成员。

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1.4 小技巧

当我们需要多次使用结构体时，我们可以通过重命名结构体变量来减少代码量

可以在声明结构体类型的时候重命名：

typedef struct student

{

char name[20]; // 名字

int age; // 年龄

char sex[5]; // 性别

char id[20]; // 学号

}student;

int main()

{

student stu; // 这样创建的变量是和struct student一个类型的，但是可以一定程度减少代码量

return 0;

}

也可以声明后重命名

struct student

{

char name[20]; // 名字

int age; // 年龄

char sex[5]; // 性别

char id[20]; // 学号

};

typedef struct student student; // 将struct student重命名为student

int main()

{

student stu; // 这样创建的变量是和struct student一个类型的，但是可以一定程度减少代码量

return 0;

}

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1.5 结构的特殊声明

在声明结构的时候，可以不完全的声明。

//匿名结构体类型

struct

{

int a;

char b;

float c;

}x;

struct

{

int a;

char b;

float c;

}a[20], *p;

上⾯的两个结构在声明的时候省略掉了结构体标签（tag）。

那么此时有一个问题，如下的代码合法吗？

p = &x;

警告：

编译器会把上⾯的两个声明当成完全不同的两个类型，所以是⾮法的。匿名的结构体类型，如果没有对结构体类型重命名的话，基本上只能使⽤⼀次。

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1.6 结构体的自引用

在链表和二叉树中常常用到这样一种结构：

typedef struct Node

{

struct Node* next; // 结构体指针可以指向下一个节点

int data;

}Node;

当我们对结构体指针next赋值时，我们就可以通过next找到它指向的下一个结构体变量节点

注意：

以下形式是非法的：

typedef struct Node

{

Node* next; // 此时struct Node 还没有重命名为Node ，所以不能使用Node自引用

int data;

}Node;

2.结构体内存对齐

我们已经掌握了结构体的基本使⽤了。

现在我们深⼊讨论⼀个问题：计算结构体的⼤⼩。

这也是⼀个特别热⻔的考点： 结构体内存对⻬。

2.1 对齐规则

⾸先得掌握结构体的对⻬规则：

1.结构体的第⼀个成员对⻬到和结构体变量起始位置偏移量为 0 的地址处

2.其他成员变量要对⻬到某个数字（对⻬数）的整数倍的地址处。

对⻬数 = 编译器默认的⼀个对⻬数与该成员变量⼤⼩的较⼩值。VS中对齐数默认的值为 8Linux中gcc没有默认对⻬数，对⻬数就是成员⾃⾝的⼤⼩

3.结构体总⼤⼩为最⼤对⻬数（结构体中每个成员变量都有⼀个对⻬数，所有对⻬数中最⼤的）的整数倍。

4.如果嵌套了结构体的情况，嵌套的结构体成员对⻬到⾃⼰的成员中最⼤对⻬数的整数倍处，结构体的整体⼤⼩就是所有最⼤对⻬数（含嵌套结构体中成员的对⻬数）的整数倍。

2.1.1 内存对齐例题

下面例题均在VS环境下

题目1：

struct S1 // 计算该结构体大小

{

char c1;

int i;

char c2;

};

解析：

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题目2：

<code>struct S2 // 计算该结构体大小

{

char c1;

char c2;

int i;

};

解析：

---

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题目3：

<code>struct S3 // 计算该结构体大小

{

double d;

char c;

int i;

};

解析：

---

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题目4：

<code>struct S4 // 计算该结构体大小

{

char c1;

struct S3 s3; // 题目3中的结构体

double d;

};

解析：

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2.2 为什么存在内存对⻬?

大部分的参考资料都是这样说的：

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。

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⻬。原因在于，为了访问未对⻬的内存，处理器需要作两次内存访问；⽽对⻬的内存访问仅需要⼀次访问。假设⼀个处理器总是从内存中取 8 个字节，则地址必须是 8 的倍数。如果我们能保证将所有的<code>double类型的数据的地址都对⻬成 8 的倍数，那么就可以⽤⼀个内存操作来读或者写值了。否则，我们可能需要执⾏两次内存访问，因为对象可能被分放在两个 8 字节内存块中。（32位机器每次读4个字节（32根数据总线），64位机器每次读8个字节（64根数据总线））

总体来说：结构体的内存对⻬是拿空间来换取时间的做法。

所以我们在设计结构体的时候，尽量让占⽤空间⼩的成员尽量集中在⼀起，这样既可以满⾜对⻬，⼜可以节省空间。

例如：

<code>struct S1

{

char c1;

int i;

char c2;

}; // 12 byte

struct S2

{

char c1;

char c2;

int i;

}; // 8 byte

S1 和 S2 类型的成员⼀模⼀样，但是 S2 占的空间比 S1 要小。

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2.3 修改默认对⻬数

结构体在对⻬⽅式不合适的时候，我们可以⾃⼰更改默认对⻬数。

#pragma 这个预处理指令，可以改变编译器的默认对⻬数。

#include <stdio.h>

#pragma pack(1)//设置默认对⻬数为1

struct S

{

char c1;

int i;

char c2;

};

#pragma pack()//取消设置的对⻬数，还原为默认

int main()

{

//输出的结果是什么？

printf("%d\n", sizeof(struct S));

return 0;

}

输出结果：

如果不修改默认对齐数，则结果为 12 。

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3.结构体传参

<code>struct S

{

int data[1000];

int num;

};

struct S s = { { 1,2,3,4}, 1000};

//结构体传参

void print1(struct S s)

{

printf("%d\n", s.num);

}

//结构体地址传参

void print2(struct S* ps)

{

printf("%d\n", ps->num);

}

int main()

{

print1(s); //传结构体

print2(&s); //传地址

return 0;

}

上⾯的 print1 和 print2 函数哪个好些？

——答案是：⾸选 print2 函数。

原因：

函数传参的时候，参数是需要压栈，会有时间和空间上的系统开销。如果传递⼀个结构体对象的时候，结构体过⼤，参数压栈的的系统开销⽐较⼤，所以会导致性能的下降。

结论：结构体传参的时候，要传结构体的地址。

结语

通过本文的介绍，我们了解到了C语言中结构体类型的定义和使用方法，以及结构体变量的创建和初始化。同时，我们还详细讲解了结构体中存在的内存对齐规则，帮助我们更好地理解结构体在内存中的存储方式。结构体在C语言中的应用非常广泛，掌握了结构体的基本用法及内存对齐规则，有助于我们写出更加高效、灵活的程序代码。