自定义类型：结构体
2024-01-19 17:03:55
C语言结构体：创建自定义数据结构以优化数据管理
在C语言中，结构体是一种出色的数据类型，允许您以条理有效的方式存储和操作相关数据。作为C语言中自定义类型的基础，结构体让您能够设计个性化的数据结构，以便更出色地展现现实世界的实体与关联。
结构体声明
结构体通过使用struct声明，后接结构体的名称以及一组成员变量，这些成员变量代表着结构体的各种特性。以一个名为Person的结构体为例，它包含三个成员：name（字符串数组）、age（整数）和gender（字符）：
struct Person {
char name[20];
int age;
char gender;
};
结构体的自引用
结构体可以包含指向自身类型的成员，也就是自引用。它可以让您创建嵌套式数据结构，例如链表或树。以下声明定义了一个名为Node的结构体，其中包含一个指向自身的next成员：
struct Node {
int data;
struct Node *next;
};
结构体的初始化
有多种方法可以初始化结构体：
- 直接初始化： 使用大括号
{}将成员值直接分配给结构体，如下所示：
struct Person person = {"John Doe", 30, 'M'};
- 指定初始化： 使用
=运算符指定具体成员的值，如下所示：
struct Person person;
person.name = "John Doe";
person.age = 30;
person.gender = 'M';
- 数组初始化： 结构体数组可以使用数组语法进行初始化，如下所示：
struct Person people[3] = {
{"John Doe", 30, 'M'},
{"Jane Doe", 25, 'F'},
{"Bob Smith", 40, 'M'}
};
结构体的内存分配和对齐规则
结构体在内存中按照其成员的顺序存储。每个成员的内存对齐方式取决于其数据类型以及编译器所用的对齐规则。举例来说，在大多数平台上，int类型在4字节边界对齐，而char类型在1字节边界对齐。
库函数offsetof
offsetof是一个C语言库函数，它用于确定结构体成员相对于结构体起始地址的偏移量。对于访问结构体中的嵌套成员非常有用。例如，以下代码获取结构体Person中age成员的偏移量：
#include <stddef.h>
int age_offset = offsetof(struct Person, age);
进行内存对齐的原因
内存对齐可以优化程序性能，通过提升内存访问效率和减少处理器缓存未命中。对齐的数据可以由处理器更有效地加载和储存，从而提高处理速度。
如何修改默认对齐数
默认对齐数可以通过#pragma pack指令进行修改。例如，以下指令将结构体Person的默认对齐数设定为1个字节：
#pragma pack(1)
struct Person {
char name[20];
int age;
char gender;
};
结构体传参
结构体可以作为函数参数进行传递。传递结构体的方式有两种：
- 按值传递： 创建一个结构体的副本并传递该副本，如下所示：
void print_person(struct Person person) {
printf("Name: %s\n", person.name);
printf("Age: %d\n", person.age);
printf("Gender: %c\n", person.gender);
}
- 按引用传递： 传递一个指向结构体的引用，这允许函数直接修改结构体中的值，如下所示：
void update_person(struct Person *person) {
person->age++;
}
结论
结构体是C语言中一项功能强大的数据类型，它使您能够创建自定义数据结构，以展现现实世界的实体和关联。理解结构体的声明、初始化、内存分配和传参方式对于充分利用这一数据类型至关重要。通过有效地使用结构体，您可以编写代码来高效地处理和组织复杂数据。
常见问题解答
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结构体和联合体有什么区别？
联合体是一种类似于结构体的特殊类型，但它允许在同一个内存位置存储不同类型的数据。这意味着联合体可以节省空间，但它也限制了同时访问联合体成员的能力。
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如何访问结构体成员？
可以使用点运算符（
.）或指针运算符（->）来访问结构体成员。点运算符用于访问结构体变量的成员，而指针运算符用于访问通过指针引用的结构体的成员。 -
结构体数组有什么用？
结构体数组可以用于存储一系列具有相同结构的数据元素。这在处理多个具有相同属性的对象时非常有用。
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什么时候使用按值传递或按引用传递结构体？
按值传递结构体会在函数中创建结构体的副本，而按引用传递则允许函数直接修改原始结构体。按值传递对于防止意外修改原始结构体很有用，而按引用传递对于提高效率很有用。
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如何比较两个结构体？
可以通过逐个比较结构体成员来比较两个结构体。如果所有成员都相等，则两个结构体相等。
