《伏C录》神兵百解篇-重铸struct关键字之心

Posted 2022-04-04 李逢溪

目录

一、本章重点

二、创建结构体

三、typedef与结构体的渊源

四、匿名结构体

五、结构体大小

六、结构体指针

七、其他

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一、本章重点

1. 创建结构体
2. typedef与结构体的渊源
3. 匿名结构体
4. 结构体大小
5. 结构体指针
6. 其他

二、创建结构体

先来个简单的结构体创建

这就是一个比较标准的结构体

struct people

	int age;
	int id;
	char address[10];
	char sex[5];
;//不要少了分号。

需要注意的是不要少了分号。

💡那么这样创建结构体呢？

struct phone

	char brand[10];//品牌
	int price;//价格
;

struct people

	int age;
	int id;
	char address[10];
	char sex[5];
	struct phone;
;

很显然，一个结构体是能够嵌套另一个结构体的。

没有这样的设计，这样做也行

struct people

	int age;
	int id;
	char address[10];
	char sex[5];
	char phone_brand[10];
	int phone_price;
;

但结构体中成员太多了是不利于我们后期的维护的，试问：假设有1000个成员，你能快速的找出你需要的成员吗？当有了分块的结构体，我们是能够迅速的定位和查看的。

💡结构体能够嵌套另一结构体，那么结构体能否嵌套自己呢？

struct phone

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

这样做之后编译器会给你一个报错

 💡原因是什么呢？

因为这个结构体的大小是未定义的，你能算出这个结构体的大小吗？这是不可能的！

既然大小不能确定，那么当你用这个结构体去创建变量，编译器该为这个变量开辟多大的空间呢？所有编译器在设计之初便杜绝了这种可能。

💡在提一个问题，结构体是否可以嵌套自己的结构体指针呢？

struct people

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

答案是：可以

这里并不存在空间该分配多少的问题，因为struct people*是指针类型，它的大小是确定的，在32位机器下是4字节，64为机器是8字节。

三、typedef与结构体的渊源

先上一段代码

struct people

	int age;
	int id;
a;//a代表什么？


int main()

	a.age = 20;
	printf("%d\\n", a.age);
	return 0;

🎆提问：a代表什么？

其实我们可以这样去看这个问题

struct peopleint age;int id; a;


int main()

	a.age = 20;
	printf("%d\\n", a.age);
	return 0;

对比int b呢？

int b;
struct peopleint age;int id; a;


int main()

	a.age = 20;
	printf("%d\\n", a.age);
	return 0;

显然，struct peopleint age;int id;代表的是结构体类型，就像整形类型一样去创建变量。

那么这里的a就是结构体创建的变量。

这里也能明白结构体创建的最后为什么要保留分号。

那我们再看一段代码：

typedef struct people

	int age;
	int id;
a;


int main()

	a.age = 20;
	printf("%d\\n", a.age);
	return 0;

🎆此时加上typedef，a还能当结构体创建的变量吗？

显然不行，此时编译器会报错。

 理解方式以上述一致。

typedef struct peopleint age;int id; a;

类似于

typedef struct peopleint age;int id; a;
typedef int b;

此时的a就是struct peopleint age;int id;

typedef的作用是把struct peopleint age;int id;这一类型重命名为a。

不知道你有没有见过这样的代码

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;

🎆你知道运行结果吗？

这里的b、a、c是什么呢？

这里我就不啰嗦了，a和b都是struct peopleint age;int id;结构体类型，c是struct peopleint age;int id;*  结构体指针类型。

运行结果：

那么再次提升一下

typedef struct people

	int age;
	int id;
b, a, c[20];
这里的b、a、c代表什么呢？

期待着你动手解决这一问题。

四、匿名结构体

这就是一个匿名的结构体

struct

	int age;
	int id;
;

int main()

	struct p1;
	p1.age = 10;
	printf("%d\\n", p1.age);
	return 0;

匿名结构体能这样创建结构体变量吗？

此时编译器会报错

这样的匿名结构体只能在创建结构体的时候定义好变量。

比如这样

struct

	int age;
	int id;
p1;

int main()

	p1.age = 10;
	printf("%d\\n", p1.age);
	return 0;

 接下来我们看下这段代码

typedef struct

	int age;
	int id;
people;

int main()

	people p1;
	p1.age = 10;
	printf("%d\\n", p1.age);
	return 0;

这里我们重命名这个匿名结构体，即把这个结构体类型重命名为people。

那么我们自然可以用people类型来创建p1。也可创建p2、p3等等。

运行结果：

以下代码合法吗？

//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;

int main()

    //在上面代码的基础上，下面的代码合法吗？
    p = &x;
    return 0;

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。

五、结构体大小

💦如何求结构体类型的大小？

这需要了解结构体成员在内存是怎么存储的。

💦你知道下面这段代码的运行结果吗？

struct people

	char a;
	int b;
	char c;
;

int main()

	struct people p1;
	printf("%d\\n", sizeof(p1));//大小是6吗？
	return 0;

char是一字节大小

int是四字节大小

char是一字节大小

直接相加等于6

💦那么这个结构体的大小是6吗？

但我们发现答案是12

💦 这是为什么呢？

简单来说编译器为了读取内存时提升效率和避免读取出错，它做了内存对齐的操作。

💯什么是内存对齐？

就是让数据安排在合适的位置上所进行的对齐操作。

💯为什么要内存对齐？

一、移植原因

1.不是所有的硬件平台都能访问任意地址上的任意数据的；
2.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。

二、性能原因：

为了访问未对齐的内存，处理器需要作两次内存访问；而对齐的内存访问仅需要一次访问。

🗺️对齐规则：

Windows中默认对齐数为8，Linux中默认对齐数为4

一：第一个数据成员从偏移地址为0的地方开始存放。

二：对齐数：等于默认对齐数与与该成员大小的较小值。

三：从第二成员开始，从它对齐数的整数倍的偏移地址开始存放。

四：最后结构体的大小需要调整为最大对齐数的整数倍。

最大对齐数：即所有成员对齐数中最大的对齐数。

struct people

	char a;
	int b;
	char c;
;

🛎️解析：

第一个为char，直接放在偏移地址为0的位置处。

第二个为int，它的自身大小为4，比默认对齐数小，所以它的对齐数是4。

4是4的整数倍，所以在偏移地址为4处开始放数据。

第三个为char，自身大小为1，比默认对齐数小，它的对齐数是1。

8是1的整数倍，从偏移地址为8的位置开始放。

总大小为9，不是最大对齐数的整数倍

要浪费3个空间，调整后为12。

我们再看看下面这段代码：

将char 和 int成员变量交换位置后，这结构体的大小还是12吗？

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：

第一个：直接从0处开始放

第二个是char：对齐数是1，1是1的整数倍，从偏移地址为1的位置开始放。

第二个是int：对齐数是4，4是4的整数倍，从偏移地址为4的位置开始放。

放好各个成员变量后，总大小是8，是最大对齐数（4）的整数倍，不需要调整。

因此这个结构体的大小是8.

 再来看看下面这个如何？

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吗？
	return 0;

🛎️解析：

第一个成员是char，直接放再0地址处。

第二个成员是int，对齐数是4，从偏移地址为4的位置处开始存放。

第三个成员是short[2]，关于数组，它的对齐数是首元素的大小与默认对齐数的较小值，这里它的对齐数是2，然后从偏移地址为8处开始存放4个字节。

第四个成员是char，对齐数是1，直接放开12位置处。

总大小是13，最大对齐数是4，不是最大对齐数的整数倍，需要对齐到最大对齐数的整数倍，浪费3字节大小，对齐到16.

所以这个结构体的大小是16.

六、结构体指针

先创建一个结构体

struct people

	char a;
	int b;
;

然后用该结构体创建变量，再用结构体指针指向该变量。

int main()

	struct people p1;
	struct people* p = &p1;
	return 0;

所谓结构体指针，即指向结构体的指针。

正如整形指针，即指向整形的指针。

🌟访问变量方式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;

🌟访问变量方式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;

🌟访问变量方式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

结构体中还有两个常见知识点：

一、🌈位端

二、🌈柔性数组

由于篇幅原因，下期会细细讲解这两个知识点，喜欢的话欢迎点赞支持，三连就更好了！