C语言自定义数据类型之结构体

Posted 2023-03-18

一、结构体

1.1结构体的声明语法

struct 对象名

  成员列表；
；

1.2结构体声明的解释

结构体其实与我们在数学中学过的集合本质相同

比如，现在有一个描述房子的集合，集合里有许多元素，有的元素描述房子的大小，有的元素描述房子的价格，还有的描述房子的装饰，这里的房子就是我们描述的对象，而其中的元素就是房子具有的属性

在结构体的声明中，struct是声明结构体的关键字，不可缺少，对象名就是我们想要描述的对象，对象可以是万事万物，比如学生可以是对象，内裤可以是对象，水可以是对象

成员列表其实就是对象的属性，我们可以用C语言内置的数据类型，如char,int,double等来描述对象具有的属性，比如

struct Student //声明一个结构体类型

  int age;     //年龄
  double weight; //体重
  char name; //名字
;

我们声明了一个学生类的结构体，在成员列表里，我们添加了学生的年龄，姓名，体重等属性

我们也可以将结构体类型作为学生的成员，但是不可以是学生这一类型（否则会无限套娃）

1.3建立结构体变量

在声明了某一对象的结构体之后，我们该如何创建该类型的变量呢？

比如我们上文声明了学生这一对象的结构体后，如何创建具体的学生对象

在我们声明了某一结构体后，struct 对象名  就是该结构体的数据类型，

因此struct Student就是我们定义好的自定义数据类型

1.3.1再声明了某一结构体后创建

结构体数据类型 变量名；

struct Student zs;//创建结构体变量，张三(zs)

从结构体变量的创建中，我们也可以看出结构体是某一事物的集合，只是一个泛指，可创建了该类型的变量后，泛指就成了特指

1.3.2在声明的同时创建

struct Student //声明一个结构体类型

  int age;     //年龄
  double weight; //体重
  char name; //名字
ls;//李四（ls)就是我们在声明的时候创建的结构体变量，ls是变量名

1.3.3小技巧

如果你觉得结构体数据类型太长，可以用关键字typedef，来对结构体类型重命名

typedef struct Student //声明一个结构体类型

  int age;     //年龄
  double weight; //体重
  char name; //名字
S;
//S等价于struct Student

1.4结构体变量的初始化

依旧拿学生这一对象说明

struct Student //声明一个结构体类型

  int age;     //年龄
  double weight; //体重
  char name; //名字
;
int main()

  struct Student s1=18,60.0,"zhangsan";
  //结构体变量在初始化时，对该结构体的每个成员变量都要初始化，并且与成员
  列表的顺序一一对应，字符串类型要使用引号，然后整体用括号括起来

1.5结构体的大小与内存对齐

提到结构体的大小那么就离不开内存对齐，

例如 

struct Student //声明一个结构体类型

  int age;     //年龄
  double weight; //体重
  char name; //名字
;

该结构体的大小是多少呢？结构体的大小是像指针一样被具体定义呢，还是要

求得所有成员变量的大小之和呢

还是来讲讲内存对齐把，在声明结构体之后，

1.结构体的第一个成员变量的地址与结构体的起始地址相同，

2.其余变量取自身对齐数与编辑器对齐数的较小值的整数倍地址存储

这句话这么理解呢？就是说，我结构体自身是一个大房子，我的成员都在我的体内存储，而我的的第一个变量的存储地址和我的存储地址是相同的，其余的变量要按照某一个值的整数倍在我的地址中存储，而这个值就是成员变量自身的对齐数与编辑器对齐数的较小值，这个值会成为新的对齐数

成员变量的对齐数就是该变量所占字节大小，例如int占四个字节，那么这类型变量的对齐数就是4，（VS编辑器的对齐数是8）

假设每个长方形为一个字节，上述struct Student结构体内存对齐情况如下

3.结构体大小为最大对齐数的整数倍

存储int用了4个字节，浪费了4个字节，存储double是8个字节，char是一个字节，一个17个字节，int的对齐数为4，double为8,char为1，最大对齐数为8，

结构体大小取最大对齐数的整数倍并且能存储下17个字节，因此结构体最终大小为24个字节，调试结果如下

没有类，C语言有结构体，那么Go的结构体有啥特别之处？

参考技术A

Go语言中没有“类”的概念，也不支持“类”的继承等面向对象的概念。Go语言中通过结构体的内嵌再配合接口比面向对象具有更高的扩展性和灵活性。

自定义类型

在Go语言中有一些基本的数据类型，如string、整型、浮点型、布尔等数据类型， Go语言中可以使用type关键字来定义自定义类型。

自定义类型是定义了一个全新的类型。我们可以基于内置的基本类型定义，也可以通过struct定义。例如：

通过Type关键字的定义，MyInt就是一种新的类型，它具有int的特性。

类型别名

类型别名是Go1.9版本添加的新功能。

类型别名规定：TypeAlias只是Type的别名，本质上TypeAlias与Type是同一个类型。就像一个孩子小时候有小名、乳名，上学后用学名，英语老师又会给他起英文名，但这些名字都指的是他本人。

type TypeAlias = Type

我们之前见过的rune和byte就是类型别名，他们的定义如下：

类型定义和类型别名的区别

类型别名与类型定义表面上看只有一个等号的差异，我们通过下面的这段代码来理解它们之间的区别。

结果显示a的类型是main.NewInt，表示main包下定义的NewInt类型。b的类型是int。MyInt类型只会在代码中存在，编译完成时并不会有MyInt类型。

Go语言中的基础数据类型可以表示一些事物的基本属性，但是当我们想表达一个事物的全部或部分属性时，这时候再用单一的基本数据类型明显就无法满足需求了，Go语言提供了一种自定义数据类型，可以封装多个基本数据类型，这种数据类型叫结构体，英文名称struct。 也就是我们可以通过struct来定义自己的类型了。

Go语言中通过struct来实现面向对象。

结构体的定义

使用type和struct关键字来定义结构体，具体代码格式如下：

其中：

举个例子，我们定义一个Person（人）结构体，代码如下：

同样类型的字段也可以写在一行，

这样我们就拥有了一个person的自定义类型，它有name、city、age三个字段，分别表示姓名、城市和年龄。这样我们使用这个person结构体就能够很方便的在程序中表示和存储人信息了。

语言内置的基础数据类型是用来描述一个值的，而结构体是用来描述一组值的。比如一个人有名字、年龄和居住城市等，本质上是一种聚合型的数据类型

结构体实例化

只有当结构体实例化时，才会真正地分配内存。也就是必须实例化后才能使用结构体的字段。

基本实例化

举个例子：

我们通过.来访问结构体的字段（成员变量）,例如p1.name和p1.age等。

匿名结构体

在定义一些临时数据结构等场景下还可以使用匿名结构体。

创建指针类型结构体

我们还可以通过使用new关键字对结构体进行实例化，得到的是结构体的地址。 格式如下：

从打印的结果中我们可以看出p2是一个结构体指针。

需要注意的是在Go语言中支持对结构体指针直接使用.来访问结构体的成员。

取结构体的地址实例化

使用&对结构体进行取地址操作相当于对该结构体类型进行了一次new实例化操作。

p3.name = "七米"其实在底层是(*p3).name = "七米"，这是Go语言帮我们实现的语法糖。

结构体初始化

没有初始化的结构体，其成员变量都是对应其类型的零值。

使用键值对初始化

使用键值对对结构体进行初始化时，键对应结构体的字段，值对应该字段的初始值。

也可以对结构体指针进行键值对初始化，例如：

当某些字段没有初始值的时候，该字段可以不写。此时，没有指定初始值的字段的值就是该字段类型的零值。

使用值的列表初始化

初始化结构体的时候可以简写，也就是初始化的时候不写键，直接写值：

使用这种格式初始化时，需要注意：

结构体内存布局

结构体占用一块连续的内存。

输出：

【进阶知识点】关于Go语言中的内存对齐推荐阅读:在 Go 中恰到好处的内存对齐

面试题

请问下面代码的执行结果是什么？

构造函数

Go语言的结构体没有构造函数，我们可以自己实现。 例如，下方的代码就实现了一个person的构造函数。 因为struct是值类型，如果结构体比较复杂的话，值拷贝性能开销会比较大，所以该构造函数返回的是结构体指针类型。

调用构造函数

方法和接收者

Go语言中的方法（Method）是一种作用于特定类型变量的函数。这种特定类型变量叫做接收者（Receiver）。接收者的概念就类似于其他语言中的this或者 self。

方法的定义格式如下：

其中，

举个例子：

方法与函数的区别是，函数不属于任何类型，方法属于特定的类型。

指针类型的接收者

指针类型的接收者由一个结构体的指针组成，由于指针的特性，调用方法时修改接收者指针的任意成员变量，在方法结束后，修改都是有效的。这种方式就十分接近于其他语言中面向对象中的this或者self。 例如我们为Person添加一个SetAge方法，来修改实例变量的年龄。

调用该方法：

值类型的接收者

当方法作用于值类型接收者时，Go语言会在代码运行时将接收者的值复制一份。在值类型接收者的方法中可以获取接收者的成员值，但修改操作只是针对副本，无法修改接收者变量本身。

什么时候应该使用指针类型接收者

任意类型添加方法

在Go语言中，接收者的类型可以是任何类型，不仅仅是结构体，任何类型都可以拥有方法。 举个例子，我们基于内置的int类型使用type关键字可以定义新的自定义类型，然后为我们的自定义类型添加方法。

注意事项： 非本地类型不能定义方法，也就是说我们不能给别的包的类型定义方法。

结构体的匿名字段

匿名字段默认采用类型名作为字段名，结构体要求字段名称必须唯一，因此一个结构体中同种类型的匿名字段只能有一个。

嵌套结构体

一个结构体中可以嵌套包含另一个结构体或结构体指针。

嵌套匿名结构体

当访问结构体成员时会先在结构体中查找该字段，找不到再去匿名结构体中查找。

嵌套结构体的字段名冲突

嵌套结构体内部可能存在相同的字段名。这个时候为了避免歧义需要指定具体的内嵌结构体的字段。

结构体的“继承”

Go语言中使用结构体也可以实现其他编程语言中面向对象的继承。

结构体字段的可见性

结构体中字段大写开头表示可公开访问，小写表示私有（仅在定义当前结构体的包中可访问）。

结构体与JSON序列化

JSON(JavaScript Object Notation) 是一种轻量级的数据交换格式。易于人阅读和编写。同时也易于机器解析和生成。JSON键值对是用来保存JS对象的一种方式，键/值对组合中的键名写在前面并用双引号""包裹，使用冒号:分隔，然后紧接着值；多个键值之间使用英文,分隔。

结构体标签（Tag）

Tag是结构体的元信息，可以在运行的时候通过反射的机制读取出来。 Tag在结构体字段的后方定义，由一对反引号包裹起来，具体的格式如下：

`key1:"value1" key2:"value2"`

结构体标签由一个或多个键值对组成。键与值使用冒号分隔，值用双引号括起来。键值对之间使用一个空格分隔。 注意事项： 为结构体编写Tag时，必须严格遵守键值对的规则。结构体标签的解析代码的容错能力很差，一旦格式写错，编译和运行时都不会提示任何错误，通过反射也无法正确取值。例如不要在key和value之间添加空格。

例如我们为Student结构体的每个字段定义json序列化时使用的Tag：