自定義結構體型別：struct使用詳解
自定義結構體型別：struct使用詳解
一、結構體（struct）
在程式設計時，最重要的步驟之一就是選擇表示資料的方法。在許多的情況下，簡單變數甚至是陣列還不足以表示一個事物的屬性。為此，C語言提供了結構體變數（structure variable）提高表示資料的能力。
結構體是一些值的集合，這些值稱為成員變數，把一些基本型別的資料組合在一起，形成一個新的複雜資料型別。結構體中的每個成員可以是不同型別的變數。
掌握：
1、為結構體建立一個格式或樣式
2、宣告一個合適的結構體變數
3、存取結構變數的各個部分
1、結構體的宣告方法
結構體宣告常用形式：
struct tag
{
member-list; //成員變數，
}variable-list; //；不可省略
定義結構體的三種形式 （推薦使用第一種）
例如：描述一本書（包括：書名、作者、價格等）
第一種：只定義一個新的資料型別，沒有定義變數
struct book //struct book 所起的作用相當於一般宣告中的 int 或 float
{
char title[30];
char author[30];
float price;
}; //分號不能省略，沒有定義變數
struct book Jane_Eyre； //在使用時再定義結構體變數 Jane_Eyre（英國文學名著《簡·愛》作家夏洛蒂·勃朗特）
第二種：定義新的資料型別同時定義變數
struct book
{
char title[30];
char author[30];
float price;
}Jane_Eyre; //分號不能省略，同時定義變數
//宣告的右花括號跟變數名
第三種：不完全宣告的結構體
struct //匿名結構體型別，省略了結構體標籤book
{
char title[30];
char author[30];
float price;
}Jane_Eyre; //分號不能省略，同時定義變數
但是，如果打算多次使用結構模板，就要使用帶標記的形式；或者，使用typedef函數。
2、結構體的賦值
我們知道初始化變數和陣列的方法：
int sum =0;
int fibo[ 5 ] = { 1,1,2,3,5};
結構變數能不能這樣初始化呢？答案是 ：yes
初始化結構變數與初始化陣列的語法語法類似：
方法一：定義變數的同時賦初始值
struct book
{
char title[30];
char author[30];
float price;
};
struct book Jane_Eyre = {"Jane_Eyre","Charlotte Bronte",35.5}；
***************************************************************
struct book
{
char title[30];
char author[30];
float price;
} Jane_Eyre = {"Jane_Eyre","Charlotte Bronte",35.5}；
***********************************************************************
使用一對{ }來對結構體進行初始化，各個初始化項用逗號隔開。
為了讓初始化項與結構體體中的各個成員關聯更加明顯，我們可以讓每個成員單獨佔一行。這樣做的目的只是為了提高可讀性，對於編譯器本身而言並沒有區別；
struct book masterwork ={
"the Old Man and the Sea",
"Hemingway",
32.4
};
方法二：逐個成員賦值
struct book Jane_Eyre = {
.title = "Jane_Eyre",
.price = 35.5;
.author="Charlotte Bronte"
}；
*********************************************************
struct book Jane_Eyre = {
.price = 35.5;
}；
1. 逐個成員賦值時，可以只初始化其中的某一個成員；
2. 逐個成員賦值時，賦值的順序可以是任意的；
3. 如果有多次賦值，最後一次賦值才是該成員變數真實的值；
方法三：整體賦值
struct book Jane_Eyre = {
.title = "Jane_Eyre",
.price = 35.5;
.author="Charlotte Bronte"
}；
//定義了一本書：烏托邦
struct book Utopia = Jane_Eyre；
1）相同資料型別結構體變數可以直接賦值
結論：
1）凡是基本資料型別，既可以定義時初始化，也可以先定義，再賦值
2）凡是構造型別，要麼在定義時初始化（定義的時候可以整體賦值）；
不可以，先定義再以初始化的方式初始化；（如果定義完之後，只能單個的賦值）
3、結構體的指標
在講述結構體成員的存取之前，我們先來講述一下結構體的指標，因為在結構體成員存取時也可以通過結構體指標來存取；
喜歡用指標的人一般都樂於使用結構體指標，因為：
1. 就像指向陣列的指標比陣列本身更容易操控；
2. 傳遞給函數時，傳遞結構體指標效率更高；
3. 在表示資料的結構體中可能包含指向其他結構的指標
//可以宣告的同時定義
struct book
{
char title[30];
char author[30];
float price;
} * book1，book2;
//也可以先宣告，後定義
struct book * book3 = & book2
和陣列不同，結構名並不是結構體的地址，因此要在結構名前加上 & 運運算元
4、結構體的存取
結構體的存取有兩種形式，一種是：結構體變數名 . 成員名 ；二種是：指標變數名 ->成員名
方法一：結構體變數名 . 成員名
struct book
{
char title[30];
char author[30];
float price;
};
int main()
{
struct book book2 = {"Jane_Eyre","Charlotte Bronte",35.5}；
printf("%s\n",book2.title);
printf("%s\n",book2.author);
printf("%f\n",book2.price);
return 0;
}
方法二：指標變數名 ->成員名
int main()
{
struct book * book1 = &book2；
printf("%s\n",book1->title);
printf("%s\n",book1->author);
printf("%f\n",book1->price);
return 0;
}
// book1->title == (*book1) . title == book2.title
第二種方法是最為常用的方法：使用 針變數名 ->成員名 ，在計算機內部會被轉化成 (*針變數名).成員名 的方式來執行，所以 book1->title 等價於 (*book1) . title 等價於 book2.title;
所以說這兩種方式是等價的
5、結構體記憶體對齊
首先掌握結構體記憶體的對齊規則：
- 第一個成員在與結構體變數偏移為0的地址處；
- 其他成員變數要對齊到 對齊數的整數倍；（對齊數：編譯器預設的對齊數與該成員大小的較少值）
- 結構體總大小為最大對齊數（每個成員變數都有一個對齊數）的整數倍
- 如果巢狀了結構體的情況，巢狀的結構體對齊到自己最大對齊數的整數倍處，結構體的整體大小就是所有最大對齊數的整數倍（包括巢狀結構體的對齊數）；
知道了理論，下面開始舉例
以下面為例：
struct S1
{
char c;
int i;
double d;
};
第一步：第一個成員在與結構體變數偏移為0的地址處；
第二步：其他成員變數要對齊到 對齊數的整數倍；（對齊數：編譯器預設的對齊數與該成員大小的較少值）
第三步： 結構體總大小為最大對齊數（每個成員變數都有一個對齊數）的整數倍
如果巢狀了結構體的情況，巢狀的結構體對齊到自己最大對齊數的整數倍處，結構體的整體大小就是所有最大對齊數的整數倍（包括巢狀結構體的對齊數）。
記憶體對齊的意義：
1、平臺原因(移植原因)：各個硬體平臺對儲存空間的處理上有很大的不同。一些平臺對某些特定型別的資料只能從某些特定地址開始存取。比如有些架構的CPU在存取一個沒有進行對齊的變數的時候會發生錯誤,那麼在這種架構下程式設計必須保證位元組對齊
2、效能原因： 資料結構(尤其是棧)應該儘可能地在自然邊界上對齊。 按照適合其平臺要求對資料存放進行對齊，會在存取效率上帶來損失。比如有些平臺每次讀都是從偶地址開始，如果一個int型（假設為32位元系統）如果存放在偶地址開始的地方，那 麼一個讀週期就可以讀出這32bit，而如果存放在奇地址開始的地方，就需要2個讀週期，並對兩次讀出的結果的高低位元組進行拼湊才能得到該32bit資料。顯然在讀取效率上下降很多。
設計結構體變數時：將佔用空間小的成員集中在一起，在一定程度可以避免記憶體的浪費。
可見，相同的成員變數，不同的順序，也會影響結構體的大小；
6、結構體位元欄
位元欄的宣告和結構體的宣告基本相同，但有兩個不同；
1、位元欄的成員必須是整形家族的（int 、unsigned int、singned int、char）
2、位元欄的成員後有一個冒號和一個數位；
struct s1
{
int _a:2;
int _b:5;
int _c:10;
int _d:30;
}
一個int 型別佔用4個位元組（共32個位元位），int _a:2 申請了一個int型的變數，：6 表示儲存這個資料的空間只佔用了6個位元位。所以位元欄的使用可以使得結構體的空間變小，但伴隨而來的就是每個成員變數儲存空間的改變，和平臺可移植性的問題。
正常情況下每個int型變數可以儲存的資料是2^32個，但int _a:2實際上只使用了兩個位元位，實際可以表示的資料為2^2個；
位元欄的跨平臺問題：
1、int位元欄被當成有符號數還是無符號數是不確定的；
2、位元欄中最大位的數目不能確定（16位元機器最大16，32位元機器最大32，如果在32位元機器上上使用一個超過16位元的資料，移植到16位元機器中時，就有可能會出現問題）
3、位元欄中的成員在記憶體中是從左往右分配，還是從右往左分配沒有一個標準的定義（因此只畫出記憶體使用位元位數的示意圖，具體使用情況視平臺而定）
4、當一個結構博包含兩個位元欄，第二個位元欄成員比較大時，無法容納於第一個位元欄剩餘位時，剩餘的位是捨棄還是利用，是不確定的。
結論：
跟結構體相比，位元欄可以達到相同的效果。可以在一定程度上節省空間，但是會有跨平臺的問題出現。