基础知识 - 结构体
1、结构体类型与结构体变量
1.1 结构体的定义
结构体是一种自定义的数据类型，它把多个不同类型的变量封装在一起，形成一个新的复合数据类型。可以定义该结构体类型的变量，与使用 int 定义变量的方法相同
结构体是一些值的集合，这些值称为成员变量。结构的每个成员可以是不同类型的变量
如：标量，指针，数组，甚至是其他结构体
1.2 结构体的创建
使用 struct 关键字创建结构体
例如，在描述一个学生信息时，我们可能需要姓名（字符串）、年龄（整数）、成绩（浮点数）等不同类型的数据，这时就可以定义一个结构体来整合这些信息：
struct Student
{char name[50]; //姓名int age; //年龄float grade; //成绩
}; //分号不能丢1.3 结构体变量声明与初始化
定义结构体后，就可以声明该类型的变量。有多种方式可以声明结构体变量，并且可以在声明时进行初始化：
C 和 C++ 中结构体的区别：
C 环境下：struct + 标号名 才表示结构体类型（可以使用 typedef 起别名）
#include<stdio.h>//typedef - 起别名 //格式：typedef 类型名 别名typedef struct Student //定义一个学生结构体，并给结构体起别名为Stu {int num;char sex; }Stu;int main() {typedef int i; //给int起别名为ii m = 7;Stu a; //通过别名定义结构体类型变量return 0; }C++ 环境下：结构体名就可以表示结构体的类型
#include<iostream> using namespace std;struct Student //定义一个学生结构体 {int num;char sex; };int main() {Student a; //通过结构体名定义结构体类型的变量return 0; }
本文代码使用 C 语言格式
// 单个结构体变量并初始化
struct Student student1 = {"Alice", 20, 85.5};// 结构体数组并初始化
struct Student class[3] =
{{"Bob", 21, 78.0},{"Charlie", 20, 90.0},{"David", 22, 88.5}
};1.4 结构体的成员访问
- 结构体变量，可以使用点运算符（.）来访问其成员
例如，要输出student1的年龄，可以这样写：
printf("Student age: %d\n", student1.age);- 如果结构体变量是指针类型，则需要使用箭头运算符（->）来访问成员
例如：我们有一个指向Student结构体的指针ptrStudent，要输出ptrStudent的名字，可以这样写：
struct Student *ptrStudent = &student1;
printf("Student name: %f\n", ptrStudent->name);2、结构体字节对齐
2.1 对齐规则
- 找成员当中最大的类型来作为对齐数，因此结果一定是它的整数倍
- 要按照成员变量定义的顺序进行，不能自由组合分配空间
- 按照整数倍地址对齐
2.2 带有位域的对齐规则
位域：
- 成员：之后的数字
- 表示的是所占 bit 的大小
- 在内存要求苛刻的情况下可以使用位域。在不同系统（不同编译器也不同）不同效果（不要在可移植代码中使用）
- 分析相邻的两个成员是否是同种类型，如果是同种类型，可以考虑放置在同一个单位下
- 如果相邻的成员超出一个单位，那么就放两个单位里面，放置的时候不允许跨单位存储
2.3 带有指针的对齐规则
只与当前运行环境有关（默认 x86 运行环境）
- x86 - 32bit - 4字节
- x64 - 64bit - 8字节
typedef struct s1
{char a; //1int b; //4short c; //2
}s1;typedef struct s2
{char a : 1; //1 1bitint b : 5; //4 5bitchar* c; //4 （默认x86运行环境）short d; //2
}s2;typedef struct s3
{s1* a; //4 （默认x86运行环境）s2 b; //4 16 （s2的对齐数为4字节，s2的总字节数为16）char c; //1long d; //4
}s3;int main()
{printf("%d,%d,%d", sizeof(s1), sizeof(s2), sizeof(s3));//输出： 12 16 28return 0;
}
2.4 常用数据类型的字节数
| 数据类型 | 字节数 |
| int | 4 |
| char | 1 |
| long | 8 |
| short | 2 |
| float | 4 |
| double | 8 |
习题
1、求 sizeof(s) ( )
struct s
{
int x: 3;
int y: 4;
int z: 5;
double a;
}
A: 16
B: 32
C: 20
D: 24
解析：2*8=16
成员当中最大的类型为 double，所以以 8 字节作为对齐数。前3个是同种类型且没有超出一个单位，可以考虑放置在同一个单位下，故 2 * 8
2、在 32 位 cpu 上选择缺省对齐的情况下，有如下结构体定义则 sizeof(struct A) 的值为 ( )
struct A {
unsigned a : 19;
unsigned b : 11;
unsigned c : 4;
unsigned d : 29;
char index;
A: 9
B: 12
C: 16
D: 20
解析：4*4=16
成员当中最大的类型为 int，所以以 4 字节作为对齐数。前 4 个都是同种类型，可以考虑放置在同一个单位下，由于相邻成员超出一个单位就要放两个单位里面，故前 2 个放在一个单位里，第 3 个放在一个单位里，第 4 个放在一个单位里，故 4 * 4
3、结构体的自引用
3.1 结构体中直接包含同类型结构体变量不可行
struct Node
{int data;struct Node next;
};这种定义是错误的。原因在于，如果一个结构体里包含同类型的结构体变量，会陷入无限嵌套的情况。假设要计算 sizeof(struct Node)，为了确定 struct Node 的大小，就得先知道 next 成员的大小，而 next 又是 struct Node 类型，它里面又有 next 成员，如此循环往复，结构体大小就会无穷大，这显然是不合理的，编译器也无法为其分配确定大小的内存空间
3.2 结构体中包含同类型结构体指针是可行的
struct Node
{int data;struct Node* next;
};这是正确的结构体自引用方式。因为指针在内存中占用固定大小的空间（在 32 位系统中通常是 4 字节，在 64 位系统中通常是 8 字节），不管 struct Node 具体是什么样子，struct Node* 类型的指针只是用来存储另一个 struct Node 结构体实例的地址，所以不会出现无限嵌套导致大小无法确定的问题
在这种情况下，计算 sizeof(struct Node) 就很明确了。假设 int 类型占 4 字节，指针在 32 位系统占 4 字节，那么 sizeof(struct Node) 的结果就是 4 + 4 = 8 字节；在 64 位系统中，如果指针占 8 字节，sizeof(struct Node) 就是 4 + 8 = 12 字节 （不考虑字节对齐的情况下）
3.3 关于 typedef 对匿名结构体类型重命名时的错误
typedef struct
{int data;Node* next;
}Node;这里是错误的。typedef 的作用是给前面的匿名结构体类型取一个新名字 Node，但在匿名结构体内部却提前使用了 Node 这个还未定义完成的类型来创建 next 成员变量。在编译器处理到 Node* next; 这一行时，Node 还没有被定义，所以编译器无法识别 Node 类型，从而导致编译错误
3.4 正确的 typedef 重命名方式
typedef struct Node
{int data;struct Node* next;
}Node;这种方式是正确的。首先，定义了一个名为 struct Node 的结构体，在结构体内部使用 struct Node* 来引用自身类型的指针，这是合法的。然后，使用 typedef 把 struct Node 类型重命名为 Node，这样之后就可以直接使用 Node 来声明变量了，例如：Node node1;
综上所述，结构体自引用时要使用指针，在使用 typedef 重命名结构体类型时要注意类型定义和使用的先后顺序，避免出现编译错误。