耕耘 :C、C、嵌入式技术领域我的个人主页❄️个人专栏《C语言专栏》 《嵌入式专栏》✨**不要等待机会而要创造机会**✨博主简介:✨✨✨一位热爱生活的阳光大男孩.✨✨✨前言本文系统梳理了C语言中**结构体Struct**这一核心自定义数据类型。内容涵盖结构体的声明、特殊形式、自引用、内存对齐规则、传参优化以及位段的实现与应用。通过清晰的代码示例与图解深入剖析结构体的内存布局与设计思想旨在帮助读者扎实掌握其原理并灵活运用于实际开发中。文章目录前言1. 结构体类型的声明1.1 结构体回顾1.1.1 结构的声明1.1.2 结构体变量的创建和初始化1.2 结构的特殊声明1.3 结构的⾃引⽤2. 结构体内存对⻬2.1 对⻬规则2.2 为什么存在内存对⻬?2.3 修改默认对⻬数3. 结构体传参4. 结构体实现位段4.1 什么是位段4.2 位段的内存分配4.3 位段的跨平台问题4.4 位段的应用结语1. 结构体类型的声明1.1 结构体回顾结构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。1.1.1 结构的声明structtag{member-list;//内容}variable-list;//定义的结构体变量例如描述⼀个学⽣structStu{charname[20];//名字intage;//年龄charsex[5];//性别charid[20];//学号};//分号不能丢1.1.2 结构体变量的创建和初始化#includestdio.hstructStu{charname[20];//名字intage;//年龄charsex[5];//性别charid[20];//学号};intmain(){//按照结构体成员的顺序初始化structStus{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structStus2{.age18,.namelisi,.id20230818002,.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);return0;}1.2 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{inta;charb;floatc;}x;struct{inta;charb;floatc;}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。1.3 结构的⾃引⽤错误的自引用structNode{intdata;structNodenext;};⼀个结构体中再包含⼀个同类型的结构体变量这样结构体变量的⼤⼩就会⽆穷的⼤是不合理的。正确的自引用structNode{intdata;structNode*next;};typedef对匿名结构体类型重命名也容易引⼊问题typedefstruct{intdata;Node*next;}Node;上面的代码也是错误的因为Node是对前⾯的匿名结构体类型的重命名产⽣的但是在匿名结构体内部提前使⽤Node类型来创建成员变量这是不⾏的。解决⽅案如下定义结构体不要使⽤匿名结构体了typedefstructNode{intdata;structNode*next;}Node;2. 结构体内存对⻬深⼊讨论⼀个问题计算结构体的⼤⼩⼀个特别热⻔的考点 结构体内存对⻬2.1 对⻬规则⾸先得掌握结构体的对⻬规则结构体的第1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。从第2个成员变量开始都要对⻬到某个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。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。练习代码structS1{charc1;//从位置偏移量为0的地址处开始inti;//对齐数是4//从4的地址开始占用4个字节charc2;//对其数是1//从8的地址开始占用1个字节//现在一共占用了9个字节它不是最大对齐数4的整数倍所以还要往后到12个字节};printf(%zu\n,sizeof(structS1));//练习2structS2{charc1;charc2;inti;};printf(%zu\n,sizeof(structS2));//练习3structS3{doubled;charc;inti;};printf(%zu\n,sizeof(structS3));//练习4-结构体嵌套问题structS4{charc1;structS3s3;doubled;};printf(%zu\n,sizeof(structS4));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1、 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。2、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。总体来说结构体的内存对⻬是拿空间来换取更快读取的做法。那在设计结构体的时候我们既要满⾜对⻬⼜要节省空间如何做到让占⽤空间⼩的成员尽量集中在⼀起//例如structS1{charc1;inti;charc2;};structS2{charc1;charc2;inti;};intmain(){printf(%zu\n,sizeof(structS1));printf(%zu\n,sizeof(structS2));return0;}S1 和 S2 类型的成员⼀模⼀样但是 S1 和 S2 所占空间的⼤⼩有了⼀些区别。2.3 修改默认对⻬数#pragma 这个预处理指令可以改变编译器的默认对⻬数#includestdio.h#pragmapack(1)//设置默认对⻬数为1structS{charc1;inti;charc2;};#pragmapack()//取消设置的对⻬数还原为默认intmain(){//输出的结果是什么printf(%d\n,sizeof(structS));return0;}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。3. 结构体传参structS{intdata[1000];intnum;};structSs{{1,2,3,4},1000};//结构体传参voidprint1(structSs){printf(%d\n,s.num);}//结构体地址传参voidprint2(structS*ps){printf(%d\n,ps-num);}intmain(){print1(s);//传结构体print2(s);//传地址return0;}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。4. 结构体实现位段4.1 什么是位段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整型家族类型⽐如char。2、位段的成员名后边有⼀个冒号和⼀个数字。⽐如structA{int_a:2;//含义这个数据只开辟2个bitint_b:5;//含义这个数据只开辟5个bitint_c:10;//含义这个数据只开辟10个bitint_d:30;//含义这个数据只开辟30个bit};A就是⼀个位段类型。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structS{chara:3;charb:4;charc:5;chard:4;};structSs{0};s.a10;s.b12;s.c3;s.d4;4.3 位段的跨平台问题1、int 位段被当成有符号数还是⽆符号数是不确定的。2、位段中最⼤位的数⽬不能确定。16位机器最⼤1632位机器最⼤32写成27在16位机器会出问题。3、位段中的成员在内存中从左向右分配还是从右向左分配标准尚未定义。4、当⼀个结构包含两个位段第⼆个位段成员⽐较⼤⽆法容纳于第⼀个位段剩余的位时是舍弃剩余的位还是利⽤这是不确定的。总结跟结构相⽐位段可以达到同样的效果并且可以很好的节省空间但是有跨平台的问题存在。4.4 位段的应用下图是⽹络协议中IP数据报的格式我们可以看到其中很多的属性只需要⼏个bit位就能描述这⾥使⽤位段能够实现想要的效果也节省了空间这样⽹络传输的数据报⼤⼩也会较⼩⼀些对⽹络的畅通是有帮助的。结语“三连换三连下次更新你想看什么评论区‘暗号’解锁”完.
耕耘 :C、C、嵌入式技术领域我的个人主页❄️个人专栏《C语言专栏》 《嵌入式专栏》✨**不要等待机会而要创造机会**✨博主简介:✨✨✨一位热爱生活的阳光大男孩.✨✨✨前言本文系统梳理了C语言中**结构体Struct**这一核心自定义数据类型。内容涵盖结构体的声明、特殊形式、自引用、内存对齐规则、传参优化以及位段的实现与应用。通过清晰的代码示例与图解深入剖析结构体的内存布局与设计思想旨在帮助读者扎实掌握其原理并灵活运用于实际开发中。文章目录前言1. 结构体类型的声明1.1 结构体回顾1.1.1 结构的声明1.1.2 结构体变量的创建和初始化1.2 结构的特殊声明1.3 结构的⾃引⽤2. 结构体内存对⻬2.1 对⻬规则2.2 为什么存在内存对⻬?2.3 修改默认对⻬数3. 结构体传参4. 结构体实现位段4.1 什么是位段4.2 位段的内存分配4.3 位段的跨平台问题4.4 位段的应用结语1. 结构体类型的声明1.1 结构体回顾结构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。1.1.1 结构的声明structtag{member-list;//内容}variable-list;//定义的结构体变量例如描述⼀个学⽣structStu{charname[20];//名字intage;//年龄charsex[5];//性别charid[20];//学号};//分号不能丢1.1.2 结构体变量的创建和初始化#includestdio.hstructStu{charname[20];//名字intage;//年龄charsex[5];//性别charid[20];//学号};intmain(){//按照结构体成员的顺序初始化structStus{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structStus2{.age18,.namelisi,.id20230818002,.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);return0;}1.2 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{inta;charb;floatc;}x;struct{inta;charb;floatc;}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。1.3 结构的⾃引⽤错误的自引用structNode{intdata;structNodenext;};⼀个结构体中再包含⼀个同类型的结构体变量这样结构体变量的⼤⼩就会⽆穷的⼤是不合理的。正确的自引用structNode{intdata;structNode*next;};typedef对匿名结构体类型重命名也容易引⼊问题typedefstruct{intdata;Node*next;}Node;上面的代码也是错误的因为Node是对前⾯的匿名结构体类型的重命名产⽣的但是在匿名结构体内部提前使⽤Node类型来创建成员变量这是不⾏的。解决⽅案如下定义结构体不要使⽤匿名结构体了typedefstructNode{intdata;structNode*next;}Node;2. 结构体内存对⻬深⼊讨论⼀个问题计算结构体的⼤⼩⼀个特别热⻔的考点 结构体内存对⻬2.1 对⻬规则⾸先得掌握结构体的对⻬规则结构体的第1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。从第2个成员变量开始都要对⻬到某个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。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。练习代码structS1{charc1;//从位置偏移量为0的地址处开始inti;//对齐数是4//从4的地址开始占用4个字节charc2;//对其数是1//从8的地址开始占用1个字节//现在一共占用了9个字节它不是最大对齐数4的整数倍所以还要往后到12个字节};printf(%zu\n,sizeof(structS1));//练习2structS2{charc1;charc2;inti;};printf(%zu\n,sizeof(structS2));//练习3structS3{doubled;charc;inti;};printf(%zu\n,sizeof(structS3));//练习4-结构体嵌套问题structS4{charc1;structS3s3;doubled;};printf(%zu\n,sizeof(structS4));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1、 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。2、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。总体来说结构体的内存对⻬是拿空间来换取更快读取的做法。那在设计结构体的时候我们既要满⾜对⻬⼜要节省空间如何做到让占⽤空间⼩的成员尽量集中在⼀起//例如structS1{charc1;inti;charc2;};structS2{charc1;charc2;inti;};intmain(){printf(%zu\n,sizeof(structS1));printf(%zu\n,sizeof(structS2));return0;}S1 和 S2 类型的成员⼀模⼀样但是 S1 和 S2 所占空间的⼤⼩有了⼀些区别。2.3 修改默认对⻬数#pragma 这个预处理指令可以改变编译器的默认对⻬数#includestdio.h#pragmapack(1)//设置默认对⻬数为1structS{charc1;inti;charc2;};#pragmapack()//取消设置的对⻬数还原为默认intmain(){//输出的结果是什么printf(%d\n,sizeof(structS));return0;}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。3. 结构体传参structS{intdata[1000];intnum;};structSs{{1,2,3,4},1000};//结构体传参voidprint1(structSs){printf(%d\n,s.num);}//结构体地址传参voidprint2(structS*ps){printf(%d\n,ps-num);}intmain(){print1(s);//传结构体print2(s);//传地址return0;}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。4. 结构体实现位段4.1 什么是位段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整型家族类型⽐如char。2、位段的成员名后边有⼀个冒号和⼀个数字。⽐如structA{int_a:2;//含义这个数据只开辟2个bitint_b:5;//含义这个数据只开辟5个bitint_c:10;//含义这个数据只开辟10个bitint_d:30;//含义这个数据只开辟30个bit};A就是⼀个位段类型。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structS{chara:3;charb:4;charc:5;chard:4;};structSs{0};s.a10;s.b12;s.c3;s.d4;4.3 位段的跨平台问题1、int 位段被当成有符号数还是⽆符号数是不确定的。2、位段中最⼤位的数⽬不能确定。16位机器最⼤1632位机器最⼤32写成27在16位机器会出问题。3、位段中的成员在内存中从左向右分配还是从右向左分配标准尚未定义。4、当⼀个结构包含两个位段第⼆个位段成员⽐较⼤⽆法容纳于第⼀个位段剩余的位时是舍弃剩余的位还是利⽤这是不确定的。总结跟结构相⽐位段可以达到同样的效果并且可以很好的节省空间但是有跨平台的问题存在。4.4 位段的应用下图是⽹络协议中IP数据报的格式我们可以看到其中很多的属性只需要⼏个bit位就能描述这⾥使⽤位段能够实现想要的效果也节省了空间这样⽹络传输的数据报⼤⼩也会较⼩⼀些对⽹络的畅通是有帮助的。结语“三连换三连下次更新你想看什么评论区‘暗号’解锁”完.
