C语言结构体
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码无不至
结构体
本文介绍C语言结构体，struct 在C++中功能相对C较多,相当于类，这里暂时不讨论，本文单独讨论C语言中的结构体知识。
结构体定义:
struct Person{
char name[64];
int age;
};
typedef struct _PERSON{
char name[64];
int age;
}Person;
注意：定义结构体类型时不要直接给成员赋值，结构体只是一个类型，编译器还没有为其分配空间，只有根据其类型定义变量时，才分配空间，有空间后才能赋值。
结构体变量定义:
struct{
char name[64];
int age;
}p2; //定义类型同时定义变量
struct Person p3; //通过类型直接定义 (这种方式用得比较多)
结构体变量初始化:
struct{
char name[64];
int age;
}p2 = {"Obama",30}; //定义类型同时初始化变量
struct Person p3 = {"Edward",33}; //通过类型直接定义
结构体成员的使用:
struct Person{
char name[64];
int age;
};
void test(){
//在栈上分配空间
struct Person p1;
strcpy(p1.name, "John");
p1.age = 30;
//如果是普通变量，通过点运算符操作结构体成员
printf("Name:%s Age:%d\n", p1.name, p1.age);
//在堆上分配空间
struct Person* p2 = (struct Person*)malloc(sizeof(struct Person));
strcpy(p2->name, "Obama");
p2->age = 33;
//如果是指针变量，通过->操作结构体成员
printf("Name:%s Age:%d\n", p2->name, p2->age);
}
结构体赋值:
相同的两个结构体变量可以相互赋值，把一个结构体变量的值拷贝给另一个结构体，这里就涉及到基本类型和指针类型赋值，默认是浅拷贝，如果是手动申请分配内存，自己需要拷贝内存，否则指针指向同一段内存，就容易出现野指针的问题。
struct Person{
char name[64];
int age;
};
void test(){
//在栈上分配空间
struct Person p1 = { "John" , 30};
struct Person p2 = { "Obama", 33 };
printf("Name:%s Age:%d\n", p1.name, p1.age);
printf("Name:%s Age:%d\n", p2.name, p2.age);
//将p2的值赋值给p1
p1 = p2;
printf("Name:%s Age:%d\n", p1.name, p1.age);
printf("Name:%s Age:%d\n", p2.name, p2.age);
}
需要手动拷贝内存如下:
//一个老师有N个学生
typedef struct _TEACHER{
char* name;
}Teacher;
void test(){
Teacher t1;
t1.name = malloc(64);
strcpy(t1.name , "John");
Teacher t2;
t2 = t1;
//对手动开辟的内存，需要手动拷贝
t2.name = malloc(64);
strcpy(t2.name, t1.name);
//不用的时候去释放
if (t1.name != NULL){
free(t1.name);
t1.name = NULL;
}
if (t2.name != NULL){
free(t2.name);
t1.name = NULL;
}
}
结构体数组:
struct Person{
char name[64];
int age;
};
void test(){
//在栈上分配空间
struct Person p1[3] = {
{ "John", 30 },
{ "Obama", 33 },
{ "Edward", 25}
};
struct Person p2[3] = { "John", 30, "Obama", 33, "Edward", 25 };
for (int i = 0; i < 3;i ++){
printf("Name:%s Age:%d\n",p1[i].name,p1[i].age);
}
for (int i = 0; i < 3; i++){
printf("Name:%s Age:%d\n", p2[i].name, p2[i].age);
}
//在堆上分配结构体数组
struct Person* p3 = (struct Person*)malloc(sizeof(struct Person) * 3);
for (int i = 0; i < 3;i++){
sprintf(p3[i].name, "Name_%d", i + 1);
p3[i].age = 20 + i;
}
for (int i = 0; i < 3; i++){
printf("Name:%s Age:%d\n", p3[i].name, p3[i].age);
}
}
嵌套指针的结构体:
struct Person{
char* name;
int age;
};
void allocate_memory(struct Person** person){
if (person == NULL){
return;
}
struct Person* temp = (struct Person*)malloc(sizeof(struct Person));
if (temp == NULL){
return;
}
//给name指针分配内存
temp->name = (char*)malloc(sizeof(char)* 64);
strcpy(temp->name, "John");
temp->age = 100;
*person = temp;
}
void print_person(struct Person* person){
printf("Name:%s Age:%d\n",person->name,person->age);
}
void free_memory(struct Person** person){
if (person == NULL){
return;
}
struct Person* temp = *person;
if (temp->name != NULL){
free(temp->name);
temp->name = NULL;
}
free(temp);
}
void test(){
struct Person* p = NULL;
allocate_memory(&p);
print_person(p);
free_memory(&p);
}
嵌套一级指针的结构体，其指针成员变量需要动态分配内存，因为成员变量本身是指针，用完记得释放。
结构体嵌套二级指针:
//一个老师有N个学生
typedef struct _TEACHER{
char name[64];
char** students;
}Teacher;
void create_teacher(Teacher** teacher,int n,int m){
if (teacher == NULL){
return;
}
//创建老师数组
Teacher* teachers = (Teacher*)malloc(sizeof(Teacher)* n);
if (teachers == NULL){
return;
}
//给每一个老师分配学生
int num = 0;
for (int i = 0; i < n; i ++){
sprintf(teachers[i].name, "老师_%d", i + 1);
teachers[i].students = (char**)malloc(sizeof(char*) * m);
for (int j = 0; j < m;j++){
teachers[i].students[j] = malloc(64);
sprintf(teachers[i].students[j], "学生_%d", num + 1);
num++;
}
}
*teacher = teachers;
}
void print_teacher(Teacher* teacher,int n,int m){
for (int i = 0; i < n; i ++){
printf("%s:\n", teacher[i].name);
for (int j = 0; j < m;j++){
printf(" %s",teacher[i].students[j]);
}
printf("\n");
}
}
void free_memory(Teacher** teacher,int n,int m){
if (teacher == NULL){
return;
}
Teacher* temp = *teacher;
for (int i = 0; i < n; i ++){
for (int j = 0; j < m;j ++){
free(temp[i].students[j]);
temp[i].students[j] = NULL;
}
free(temp[i].students);
temp[i].students = NULL;
}
free(temp);
}
void test(){
Teacher* p = NULL;
create_teacher(&p,2,3);
print_teacher(p, 2, 3);
free_memory(&p,2,3);
}
结构体嵌套二级指针，相对来说复杂很多了，首先结构体成员里面包含了一个二级指针(指向指针的指针)
//一个老师有N个学生
typedef struct _TEACHER{
char name[64];
char** students;
}Teacher;
void create_teacher(Teacher** teacher,int n,int m){
if (teacher == NULL){
return;
}
//创建老师数组
Teacher* teachers = (Teacher*)malloc(sizeof(Teacher)* n);
if (teachers == NULL){
return;
}
//给每一个老师分配学生
int num = 0;
for (int i = 0; i < n; i ++){
sprintf(teachers[i].name, "老师_%d", i + 1);
teachers[i].students = (char**)malloc(sizeof(char*) * m);
for (int j = 0; j < m;j++){
teachers[i].students[j] = malloc(64);
sprintf(teachers[i].students[j], "学生_%d", num + 1);
num++;
}
}
*teacher = teachers;
}
void print_teacher(Teacher* teacher,int n,int m){
for (int i = 0; i < n; i ++){
printf("%s:\n", teacher[i].name);
for (int j = 0; j < m;j++){
printf(" %s",teacher[i].students[j]);
}
printf("\n");
}
}
void free_memory(Teacher** teacher,int n,int m){
if (teacher == NULL){
return;
}
Teacher* temp = *teacher;
for (int i = 0; i < n; i ++){
for (int j = 0; j < m;j ++){
free(temp[i].students[j]);
temp[i].students[j] = NULL;
}
free(temp[i].students);
temp[i].students = NULL;
}
free(temp);
}
void test(){
Teacher* p = NULL;
create_teacher(&p,2,3);
print_teacher(p, 2, 3);
free_memory(&p,2,3);
}
内存对齐
内存对齐是操作系统为了提高访问内存的策略。操作系统在访问内存的时候，每次读取一定长度(这个长度是操作系统默认的对齐数，或者默认对齐数的整数倍)。如果没有对齐，为了访问一个变量可能产生二次访问，内存对齐可以提高数据存取的速度。我们知道内存的最小单元是一个字节，当cpu从内存中读取数据的时候，是一个一个字节读取，但是实际上cpu将内存当成多个块，每次从内存中读取一个块，这个块的大小可能是2、4、8、16等,内存对齐是操作系统为了提高访问内存的策略。操作系统在访问内存的时候，每次读取一定长度(这个长度是操作系统默认的对齐数，或者默认对齐数的整数倍)。如果没有对齐，为了访问一个变量可能产生二次访问,看一个结构体对齐的例子:
#pragma pack(4)
typedef struct _STUDENT{
int a;
char b;
double c;
float d;
}Student;
typedef struct _STUDENT2{
char a;
Student b;
double c;
}Student2;
void test01(){
//Student
//a从偏移量0位置开始存储
//b从4位置开始存储
//c从8位置开始存储
//d从12位置开存储
//所以Student内部对齐之后的大小为20 ，整体对齐，整体为最大类型的整数倍 也就是8的整数倍 为24
printf("sizeof Student:%d\n",sizeof(Student));
//Student2
//a从偏移量为0位置开始
//b从偏移量为Student内部最大成员整数倍开始，也就是8开始
//c从8的整数倍地方开始,也就是32开始
//所以结构体Sutdnet2内部对齐之后的大小为：40 ， 由于结构体中最大成员为8，必须为8的整数倍 所以大小为40
printf("sizeof Student2:%d\n", sizeof(Student2));
}
经过验证Mac 和windows上平台编译器处理有差异，以上结论对windows有效。
