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【C/C++】自定义类型:结构体

文章目录

  • 前言
  • 自定义类型:结构体
    • 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.结构体内存对齐
      • 2.1 对⻬规则
      • 2.2 为什么存在内存对齐?
      • 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
      • 4.5 位段使用的注意事项

前言

集成开发环境为vs2022

c语言有内置类型(char short int long flaot double long double),也有自定义类型—结构体(struct) 枚举(enum) 联合体(union) 本篇幅介绍结构体

自定义类型:结构体

1.结构体类型的声明

前⾯我们在学习操作符的时候,已经学习了结构体的知识,这⾥稍微复习⼀下。

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
struct tag//标签名
{member-list;//成员 1个或多个
}variable-list;//变量列表

例如描述⼀个学⽣:

struct Stu
{char name[20];//名字 int age;//年龄 char sex[5];//性别 char id[20];//学号 
}; //分号不能丢 
struct Book b2;//全局变量
int main()
{struct Book b1;//局部变量return 0;
}

1.1.2 结构体变量的创建和初始化

#include <stdio.h>
struct Stu
{char name[20];//名字 int age;//年龄 char sex[5];//性别 char id[20];//学号 
};
int main()
{//按照结构体成员的顺序初始化 struct Stu s = { "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 struct Stu s2 = { .age = 18, .name = "lisi", .id = "20230818002", .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);return 0;
}

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。

⽐如:

//匿名结构体类型 
struct//这里不写名字
{int a;char b;float c;
}s;//可以在这初始化
//}s={'x',100.3.14};
int main()
{printf("%c %d %lf",s.c,s.i,s.d);
}

匿名结构体也可以重新命名

typedef struct
{char c;int i;double d;
}s;

上⾯的两个结构在声明的时候省略掉了结构体标签(tag)。 那么问题来了?

//在上⾯代码的基础上,下⾯的代码合法吗? 
p = &x;

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

在结构中包含⼀个类型为该结构本⾝的成员是否可以呢?

⽐如,定义⼀个链表的节点

在这之前先讲一下链表

数据结构–其实是数据在内存中的存储和组织的结构 数据有多种

线性数据结构:顺序表,链表,栈,队列

顺序表–数组

在这里插入图片描述

链表

在这里插入图片描述

//定义一个链表节点
struct Node
{int data;struct Node next;
};

上述代码正确吗?如果正确,那 sizeof(struct Node) 是多少?

仔细分析,其实是不⾏的,因为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。

正确的⾃引⽤⽅式:

struct Node{int data;//数据struct Node* next;//指针
};

在结构体⾃引⽤使⽤的过程中,夹杂了 typedef 对匿名结构体类型重命名,也容易引⼊问题,看看 下⾯的代码,可⾏吗?

typedef struct
{int data;Node* next;
}Node;

答案是不⾏的,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。

匿名结构体类型不能实现结构体的自引用

解决⽅案如下:定义结构体不要使用匿名结构体了

typedef struct Node
{int data;struct Node* next;
}Node;
//上述代码等价于下边代码
struct Node
{int data;struct Node* next;
}
typedef struct Node Node;

2.结构体内存对齐

我们已经掌握了结构体的基本使⽤了。

现在我们深⼊讨论⼀个问题:计算结构体的⼤⼩。

这也是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:

1.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

2.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 8

Linux中gcc没有默认对⻬数,对⻬数就是成员⾃⾝的⼤⼩

3.结构体总大小为最大对齐数(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。

4.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

//练习1 
struct S1
{       //   默认   对齐数char c1;// 1 8     1int i;//   4 8     4char c2;// 1 8     1
};
printf("%d\n", sizeof(struct S1));
//练习2 
struct S2
{char c1;char c2;int i;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S2));
//练习3 
struct S3
{double d;char c;int i;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S3));
//练习4-结构体嵌套问题 
struct S4
{char c1;struct S3 s3;double d;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S4));

在这里插入图片描述

2.2 为什么存在内存对齐?

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时间的做法。

例如

struct S
{char c;//1int i;//4 
};

在这里插入图片描述

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: 
struct S1
{char c1;int i;char c2;
};
struct S2
{char c1;char c2;int i;
};

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。

#include <stdio.h>
#pragma pack(1)//设置默认对⻬数为1  一般是2的次方数 linux中不能改
struct S
{char c1;int i;char c2;
};
#pragma pack()//取消设置的对⻬数,还原为默认 
int main()
{//输出的结果是什么? 6printf("%d\n", sizeof(struct S));return 0;
}

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

struct S
{int data[1000];//4000字节int num;
};
struct S s = {{1,2,3,4}, 1000};
//结构体传参 
void print1(struct S s)//s先拷贝,占用内存很大
{//for循环打印数组printf("%d\n", s.num);
}
//结构体地址传参 
void print2(const struct S* ps)
{printf("%d\n", ps->num);printf("%d\n",ps->data[i]);
}
int main()
{print1(s); //传结构体 print2(&s); //传地址 return 0;
}

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⼀个数字

⽐如:

struct A
{int _a:2;//只占两个bit位int _b:5;int _c:10;int _d:30;
};
struct s
{int _a;//4字节 32bit 可以节省30个字节int _b;int _c;int _d;//00   0//01   1//10   2//11   3
}

A就是⼀个位段类型。

位段是专门用来节省内存的

那位段A所占内存的⼤⼩是多少?

    // %zd            8字节
printf("%d\n", sizeof(struct A));//

在这里插入图片描述

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 
struct S
{char a:3;char b:4;char c:5;char d:4;
};
struct S s = {0};
s.a = 10;//00001010
s.b = 12;//00001100
s.c = 3;//00000011
s.d = 4;//00000100
//空间是如何开辟的? 

在这之前我们先要了解一下内存的使用顺序

1.申请到的一块内存中,从左向右使用,还是从右向左使用,是不确定的 vs是从右向左

2.剩余空间,不是下一个成员使用的时候,是浪费呢?还是继续使用? vs是浪费

在这里插入图片描述

在这里插入图片描述

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16,32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。

在这里插入图片描述

4.5 位段使用的注意事项

**位段的⼏个成员共有同⼀个字节,这样有些成员的起始位置并不是某个字节的起始位置,那么这些位置处是没有地址的。内存中每个字节分配⼀个地址,⼀个字节内部的bit位是没有地址的。
以不能对位段的成员使⽤&操作符,这样就不能使⽤scanf直接给位段的成员输⼊值,**只能是先输⼊放在⼀个变量中,然后赋值给位段的成员。

一个字节一个地址

struct A
{int _a : 2;int _b : 5;int _c : 10;int _d : 30;
};
int main()
{struct A sa = {0};scanf("%d", &sa._b);//这是错误的 //正确的⽰范 int b = 0;scanf("%d", &b);sa._b = b;return 0;
}

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在2025年中国企业数字化转型持续深化的背景下&#xff0c;DevOps 工具的选型呈现出多元化趋势。以下从安全合规、技术生态适配性、实践案例和选型建议四个维度&#xff0c;对 Gitee、阿里云效&#xff08;云效 DevOps&#xff09;和 GitLab CE&#xff08;中国版&#xff09;三…...

从lightrag的prompt到基于openai Structured Outputs 的优化实现思路

LightRAG 是一个用于构建 RAG 系统核心组件的配置和管理类。它集成了文档处理、存储、向量化、图谱构建和 LLM 交互等功能。你可以通过配置 LightRAG 实例的各种参数来定制 RAG 系统的行为。 目前lightrag中的实体关系抽取实现如下 PROMPTS["entity_extraction"] …...

论文阅读笔记——双流网络

双流网络论文 视频相比图像包含更多信息&#xff1a;运动信息、时序信息、背景信息等等。 原先处理视频的方法&#xff1a; CNN LSTM&#xff1a;CNN 抽取关键特征&#xff0c;LSTM 做时序逻辑&#xff1b;抽取视频中关键 K 帧输入 CNN 得到图片特征&#xff0c;再输入 LSTM&…...

Android清单文件

清单文件AndroidManifest.xml AndroidManifest.xml 配置清单文件是 每个 Android 应用的配置中心&#xff0c;系统在安装和运行应用时&#xff0c;首先会读取它。 它是 Android 应用的 “说明书”&#xff0c;主要作用是&#xff1a; 功能说明声明应用组件比如 Activity、Se…...

Single image dehazing论文阅读

Single image dehazing 1. 论文的研究目标与实际意义1.1 研究目标1.2 实际问题与产业意义2. 论文的创新方法、模型与公式2.1 改进的大气散射模型2.2 局部统计不相关性约束2.2.1 传输函数估计2.2.2 大气光颜色估计2.3 算法流程2.4 与传统方法的对比优势3. 实验设计与结果3.1 实验…...

数字信号处理-大实验1.3

MATLAB仿真实验目录 验证实验&#xff1a;常见离散信号产生和实现验证实验&#xff1a;离散系统的时域分析应用实验&#xff1a;语音信号的基音周期&#xff08;频率&#xff09;测定 说明&#xff1a;&#xff08;1&#xff09;本文是DSP大实验1的最后一篇&#xff0c;主要讲…...

【Pandas】pandas DataFrame describe

Pandas2.2 DataFrame Computations descriptive stats 方法描述DataFrame.abs()用于返回 DataFrame 中每个元素的绝对值DataFrame.all([axis, bool_only, skipna])用于判断 DataFrame 中是否所有元素在指定轴上都为 TrueDataFrame.any(*[, axis, bool_only, skipna])用于判断…...

C++GO语言微服务之Dockerfile docker-compose②

目录 01 12-yaml文件书写规则01 12-yaml文件书写规则 02 13-yaml中的数据类型 03 14-docker-compose配置文件格式 04 15-docker-compose中的关键字 05 16-prots和volumes关键字的使用 06 17-volumes_from的使用 07 18-extends的使用 08 19-networks的使用 09 20-docker…...

【计算机视觉】OpenCV实战项目:Face-Mask-Detection 项目深度解析:基于深度学习的口罩检测系统

Face-Mask-Detection 项目深度解析&#xff1a;基于深度学习的口罩检测系统 一、项目概述项目特点 二、项目运行方式与执行步骤&#xff08;一&#xff09;环境准备&#xff08;二&#xff09;项目结构&#xff08;三&#xff09;执行步骤 三、重要逻辑代码解析&#xff08;一&…...