C、C++结构体

概述

我们在开发过程中常常遇到需要存储、表示一组数据的情况,包括存储、表示一组同样的的数据类型的数据还是不同的数据类型。首先我们会想到数组,数组可以在连续的内存里存储一组相同数据类型的数据。那如果是一组不同数据类型的数据呢?这就要用到今天要讨论的内容:结构体,它与数组不同,C++中的结构体是自定义的数据类型,用于存储一组数据,可以是相同数据类型、也可以是不同的!

什么是结构体?

  • 在C、C++中,结构体是自定义的数据类型
  • 用于存储、表示一组数据
  • 结构体可以把几种不同类型的数据集合成一个单一类型

如何使用结构体

  • 创建结构体
struct structureName{
    member1;
    member2;
    member3;
    .
    .
    .
    memberN;
};
  • C++中的结构体可以包含成员函数(需要成员函数时 建议使用类,类的封装特性更好)
  • 声明结构体变量
struct Struct1 
{
   int x, y;
} s1; 

struct Struct2 
{
   int x, y;
};
 
int main()
{
   struct Struct2 s2;
}

注意:在C++中,在进行变量声明时,struct关键字是可选的。在C中,必须有。

  • 初始化结构体成员

在C程序中,结构体成员在进行声明时是不能初始化的,比如下面的程序,在C程序中是不允许的。变量声明式时不分配地址,创建时才可以初始化!
但是在C++中,C++11及以后是可以进行初始化的,比如以下代码是没有错误的。

struct Struct1
{
   int x = 0;  // cannot initialize members here
   int y = 0;  // cannot initialize members here
};

结构体成员也可以使用符号{}进行初始化

struct Struct1{
    int x, y;
};
 
int main()
{
    struct Struct1 s1 = { 0, 1 };
}
  • 使用结构体中的成员变量
cout << "x = " << s1.x << ", y = " << s1.y;

结构体数组

  • 和其他数据类型一样,也可以创建结构体数组

结构体指针

  • 和其他数据类型一样,也可以有指针指向结构体,使用结构体成员变量使用箭头运算符 ->
    struct Struct1 s1 = { 1, 2 };
    struct Struct1* s2 = &p1;
    cout << s ->x << " " << s2->y;

什么是结构体对齐?

  • 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。
  • 数据结构(尤其是栈)应该尽可能地在自然边界上对齐。访问未对齐的内存,处理器需要作两次内存访问。而对齐的内存访问仅需要一次访问
  • 总体来说:结构体的内存对齐是拿空间来换取时间的做法。
  • 那在设计结构体的时候,我们既要满足对齐,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。

结构体对齐规则

  • 结构体的第一个成员永远放在结构体起始位置偏移为0的地址
  • 结构体从第二个成员,总是放在该成员对齐数的整数倍数地址开始
    对齐数 = 编译器默认的对齐数和该成员自身大小的较小值
  • 结构体总大小为最大对齐数(每个成员变量都有一个对齐数)的整数倍
  • 如果嵌套了结构体的情况,嵌套的结构体对齐到自己的最大对齐数的整数倍处,结构体的整体大小就是所有最大对齐数(含嵌套结构体的对齐数)的整数倍

修改默认对齐数

  • Linux没有默认对齐数,Vs默认对齐数为8
#pragma pack(8) // 修改默认对齐数
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