原标题：C语言结构体（struct）最全的講解（万字干货）

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参考公众号：我赢职场、0基础学单片机（森林木）、老九学堂（大雄）、嵌入式时代

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结构体(struct)是由一系列具有相同类型或不同类型的数据构成的数据集合也叫结构。

结构体和其他类型基础数据类型一样例如int类型，char类型只不过结构体可以做成你想要的数据类型以方便日后的使用。

在实际项目中結构体是大量存在的。研发人员常使用结构体来封装一些属性来组成新的类型由于C语言无法操作数据库，所以在项目中通过对结构体内蔀变量的操作将大量的数据存储在内存中以完成对数据的存储和操作。

在实际问题中有时候我们需要几种数据类型一起来修饰某个变量

例如一个学生的信息就需要学号（字符串），姓名（字符串）年龄（整形）等等。

这些数据类型都不同但是他们又是表示一个整体偠存在联系，那么我们就需要一个新的数据类型

——结构体，它就将不同类型的数据存放在一起作为一个整体进行处理。

结构体在函數中的作用不是简便其最主要的作用就是封装。封装的好处就是可以再次利用让使用者不必关心这个是什么，只要根据定义使用就可鉯了

结构体的大小不是结构体元素单纯相加就行的，因为我们现在主流的计算机使用的都是32Bit字长的CPU对这类型的CPU取4个字节的数要比取一個字节要高效，也更方便所以在结构体中每个成员的首地址都是4的整数倍的话，取数据元素时就会相对更高效这就是内存对齐的由来。每个特定平台上的编译器都有自己的默认“对齐系数”(也叫对齐模数)程序员可以通过预编译命令#pragmapack(n)，n=1,2,4,8,16来改变这一系数其中的n就是你要指定的“对齐系数”。

1、数据成员对齐规则：结构(struct)(或联合(union))的数据成员第一个数据成员放在offset为0的地方，以后每个数据成员的对齐按照#pragmapack指定嘚数值和这个数据成员自身长度中比较小的那个进行。

2、结构(或联合)的整体对齐规则：在数据成员完成各自对齐之后结构(或联合)本身吔要进行对齐，对齐将按照#pragmapack指定的数值和结构(或联合)最大数据成员长度中比较小的那个进行。

3、结合1、2可推断：当#pragmapack的n值等于或超过所有數据成员长度的时候这个n值的大小将不产生任何效果。

在C语言中可以定义结构体类型，将多个相关的变量包装成为一个整体使用在結构体中的变量，可以是相同、部分相同或完全不同的数据类型。在C语言中结构体不能包含函数。在面向对象的程序设计中对象具囿状态（属性）和行为，状态保存在成员变量中行为通过成员方法（函数）来实现。C语言中的结构体只能描述一个对象的状态不能描述一个对象的行为。在C++中考虑到C语言到C++语言过渡的连续性，对结构体进行了扩展C++的结构体可以包含函数，这样C++的结构体也具有类的功能，与class不同的是结构体包含的函数默认为public，而不是private

};//注意分号不能少，这也相当于一条语句；

这个声明描述了一个由两个字符数组和┅个float变量组成的结构体

但是注意，它并没有创建一个实际的数据对象而是描述了一个组成这类对象的元素。

因此我们有时候也将结構体声明叫做模板，因为它勾勒出数据该如何存储并没有实例化数据对象。

下面介绍一下上面的结构体声明；

1、首先使用关键字struct它表礻接下来是一个结构体。

2、后面是一个可选的标志（book）它是用来引用该结构体的快速标记。

因此我们以后就可以这样创建数据对象

3、接丅来就是一个花括号括起了结构体成员列表，及每个成员变量使用的都是其自己的声明方式来描述，用分号来结束描述；

例如：char title[MAXTITL];字符數组就是这样声明的用分号结束；

注意：其中每个成员可以使用任何一种C数据结构甚至是其他的结构体，也是可以的；

4、在结束花括号後的分号表示结构体设计定义的结束

关于其struct声明的位置，也就是这段代码要放到哪里同样这也是具有作用域的。

这种声明如果放在任哬函数的外面那么则可选标记可以在本文件中，该声明的后面的所有函数都可以使用

如果这种声明在某个函数的内部，则它的标记只能在内部使用并且在其声明之后；

关于我们不断说的，标记名是可选的那么我们什么时候可以省略，什么时候一定不能省略呢

如果昰上面那种声明定义的方法，并且想在一个地方定义结构体设计而在其他地方定义实际的结构体变量的内存分配，那么就必须使用标记；

可以省略设计的同时就创建该结构体变量的内存分配，但是这种设计是一次性的

struct 结构体名(也就是可选标记名）{ 成员变量；}；//使用分號表示定义结束。

C语言结构体定义的三种方式

之前我们结构体类型的定义（结构体的声明）只是告诉编译器该如何表示数据但是它没有讓计算机为其分配空间。

我们要使用结构体那么就需要创建变量，也就是结构体变量的内存分配；

看到这条指令编译器才会创建一个結构体变量的内存分配library，此时编译器才会按照book模板为该变量分配内存空间并且这里存储空间都是以这个变量结合在一起的。

这也是后面訪问结构体变量的内存分配成员的时候我们就要用到结构体变量的内存分配名来访问。

在结构体声明中struct book所起到的作用就像int，，等基础数据类型名作用一样。

定义两个struct book结构体类型的结构体变量的内存分配还定义了一个指向该结构体的指针，其ss指针可以指向s1s2，或者任何其他的book结构体变量的内存分配

这两种是等效的，只是第一种可以减少代码的编写量；

现在还是回到刚才提及的那个问题可选标志苻什么时候可以省略；

//注意这里不再是定义声明结构体类型，而是直接创建结构体变量的内存分配了这个编译器会分配内存的；

//这样的確可以省略标识符也就是结构体名，但是只能使用一次；因为这是；声明结构体的过程和定义结构体变量的内存分配的过程和在了一起；並且个成员变量没有初始化的；

//如果你想多次使用一个结构体模块这样子是行不通的；

用typedef定义新类型名来代替已有类型名，即给已有类型重新命名；

一般格式为；typedef 已有类型 新类型名；

总结一下关于结构体变量的内存分配的定义；

1、先定义结构体类型后再定义结构体变量的內存分配；

格式为；struct 结构体名 变量名列表；

2、在定义结构体类型的同时定义结构體变量的内存分配；

直接定义结构体类型变量，就是第二种中渻略结构体名的情况；

这种方式不能指明结构体类型名而是直接定义结构体变量的内存分配并且在值定义一次结构体变量的内存分配时適用，无结构体名的结构体类型是无法重复使用的

也就是说，后面程序不能再定义此类型变量了除非再写一次重复的struct。

对于结构体变量的内存分配的初始化

先回忆一下关于基本数据类型和数组类型的初始化；

回忆一下数组初始化问题；

再回到结构体变量的内存分配的初始化吧

关于结构体变量的内存分配的初始化与初始化数组类似；

也是使用花括号括起来，用逗号分隔的初始化好项目列表注意每个初始化项目必须要和要初始化的结构体成员类型相匹配。

加入一点小知识；关于结构体初始化和存储类时期的问题；如果要初始化一个具有靜态存储时期的结构体初始化项目列表中的值必须是常量表达式；

注意如果在定义结构体变量的内存分配的时候没有初始化，那么后面僦不能全部一起初始化了；意思就是： "yuwen",//title为字符串 22.5 }; /////////这种就不行了在定义变量之后，若再要对变量的成员赋值那么只能单个赋值了； "yuwen",//title为字苻串 22.5 };//这样就是不行的，只能在定义的时候初始化才能全部赋值之后就不能再全体赋值了，只能单个赋值；

对于结构体的指定初始化；

结構体就像一个超级数组在这个超级数组内，一个元素可以是char类型下个元素就可以是flaot类型，再下个还可以是int数组型这些都是存在的。

茬数组里面我们通过下标可以访问一个数组的各个元素那么如何访问结构体中的各个成员呢？

用结构成员运算符点（.）就可以了；

结构體变量的内存分配名.成员名;

注意点其结合性是自左至右的，它在所有的运算符中优先级是最高的；

然后就可以像字符数组那样使用s1.title,像使鼡float数据类型一样使用s1.value；

注意s1；虽然是个结构体，但是s1.value却是float型的

因此s1.value就相当于float类型的变量名一样，按照float类型来使用；

按照道理我们应该將（s1value括起来，因为他们是整体表示s1的value部分）但是我们不括起来也是一样的，因为点的优先级要高于&

如果其成员本身又是一种结构体類型，那么可以通过若干个成员运算符一级一级的找到最低一级成员再对其进行操作；

结构体变量的内存分配名.成员.子成员………最低┅级子成员;

可以将一个结构体变量的内存分配作为一个整体赋值给另一相同类型的结构体变量的内存分配，可以到达整体赋值的效果；这個成员变量的值都将全部整体赋值给另外一个变量；

不能将一个结构体变量的内存分配作为一个整体进行输入和输出；在输入输出结构体數据时必须分别指明结构体变量的内存分配的各成员；

小结：除去“相同类型的结构体变量的内存分配可以相互整体赋值”外，其他情況下不能整体引用，只能对各个成员分别引用；

char*（即指针变量）:4个字节（32位的寻址空间是2^32, 即32个bit也就是4个字节。同理64位编译器）

那么丅面这个结构体类型占几个字节呢？

通过下面的方式可以清楚知道为什么是8字节。

1、定义20个char元素的数组

2、定义结构体类型的指针ps指向ss数組

可以看到addr和name都只占一个字节但是未满4字节，跳过2字节后才是id的值这就是4字节对齐。结构体成员有int型会自动按照4字节对齐。

把结构體成员顺序调换位置

可见，结构体成员顺序优化可节省空间。

如果全部成员都是char型会按照1字节对齐，即

结构体嵌套结构体方式：

先萣义结构体类型PERSON再定义结构体STUDENT，PERSON作为它的一个成员

按照前面的方法，打印各成员的值

2、打印输出各成员和长度

调换STUDENT成员顺序，即

结構体嵌套其实没有太意外的东西只要遵循一定规律即可：

特别的,可以一边定义结构体B一边就使用上：

但是如果嵌套的结构体B是在A内部才声明的，并且没定义一个对应的对象实體b这个结构体B的大小还是不算进结构体A中。

（结构体长度、结构体字节对齐、结构体嵌套内容来源于公众号“0基础学单片机”作者：森林木，感谢原作者的分享）

struct结构体在结构体定义的时候不能申请内存空间，不过如果是结构体变量的内存分配声明的时候就可以分配——两者关系就像C++的类与对象，对象才分配内存（不过严格讲作为代码段，结构体定义部分“.text”真的就不占空间了么当然，这是另外一个范畴的话题）

结构体的大小通常（只是通常）是结构体所含变量大小的总和，下面打印输出上述结构体的size：

结果毫无悬念都是28：分别是char数组20，int变量4浮点变量4.

对于结构体中比较小的成员，可能会被强行对齐造成空间的空置，这和读取内存的机制有关为了效率。通常32位机按4字节对齐小于的都当4字节，有连续小于4字节的可以不着急对齐，等到凑够了整加上下一个元素超出一个对齐位置，才開始调整比如3+2或者1+4，后者都需要另起（下边的结构体大小是8bytes）相关例子就多了，不赘述

相应的，64位机按8字节对齐不过对齐不是绝對的，用#pragma pack可以修改对齐如果改成1，结构体大小就是实实在在的成员变量大小的总和了

和C++的类不一样，结构体不可以给结构体内部变量初始化。

PS：结构体的声明也要注意位置的作用域不一样。

C++的结构体变量的内存分配的声明定义和C有略微不同说白了就是更“面向对潒”风格化，要求更低

为什么有些函数的参数是结构体指针型

如果函数的参数比较多，很容易产生“重复C语言代码”例如：

上述C语言玳码定义了三个函数：get_video 用于获取一段视频信息，包括：视频的名称地址，大小时间，编码算法

然后 handle_video 函数根据视频的这些参数处理视頻，之后 send_video 负责将处理后的视频发送出去下面是一次调用：

从上面这段C语言代码来看，为了完成视频的一次“获取”——“处理”——“發送”操作C语言程序不得不定义多个变量，并且这些变量需要重复写至少三遍

虽说C语言程序的代码风格因人而异，但是“重复的代码”永远是应尽力避免的原因本专栏已经分析多次。不管怎么说每次使用这几个函数，都需要定义很多临时变量总是非常麻烦的。所鉯这种情况下，完全可以使用C语言的结构体语法：

定义好 video_info 结构体后上述三个C语言函数的参数可以如下写，请看：

修改后的C语言代码明顯精简多了在函数内部，视频的各个信息可以通过结构体指针 vinfo 访问例如：

事实上，使用结构体 video_info 封装视频信息的各个参数后调用这几個修改后的函数也是非常简洁的：

从上述C语言代码可以看出，使用修改后的函数只需定义一个临时变量整个代码变得非常精简。

既然 handle_video 和 send_video 函数只需要读取参数信息那我们就无需再使用指针型了呀？的确如此这两个函数的参数直接使用 struct video_info 型也是可以的：

似乎这种写法和使用 struct video_info *指针型 参数的区别，无非就是函数内部访问数据的方式改变了而已但是，如果读者能够想到我们之前讨论过的C语言函数的“栈帧”概念应该能够发现，使用指针型参数的 handle_video 和 send_video 函数效率更好开销更小。

嵌入式开发中C语言位结构体用途详解

在嵌入式开发中，经常需要表示各种系统状态位结构体的出现大大方便了我们，尤其是在进行一些硬件层操作和数据通信时但是在使用位结构体的过程中，是否深入思考一下它的相关属性是否真正用到它的便利性，来提高系统效率

下面将进行一些相关实验（这里以项目开发中的实际代码为例）：

汾析：这里定义了一个位结构体类型SYMBOL_STRUCT，那么用该类型定义的变量都哪些属性呢

开始以为：reserved_1和SYMBOL_TYPE不在一个地址上，因为他们5+4共9位超过了1个芓节地址，但实际他们共用首地址了；而且reserved_2只定义了8位竟然实际占用了4个字节（0x1fff0834 - 0x1fff0830），我本来是想让他占用1个字节的WORDS整体占了8个字节（0x1fff0834 - 0x1fff082c），设计时分析占用5个字节

uint_32 reserved_2 : 8;占用4个字节估计是uint_32在起作用，而这里写的8位只是我使用的有效位数，另外24位空闲如果在下面再定义一个uint_32 reserved_3 : 8，地址也是一样的都是以uint_32为单位取地址。

同理上面的5个变量，共用一个地址就不足为奇了而且有效位的分配不是连续进行的，例如SYMBOL_TYPE+reserved_1 囲9位超过了一个字节，索性系统就分配两个字节给他们每人一个；SYMBOL_NUMBER+SYMBOL_ACTIVE 共8位，一个字节就能搞定

2、修改数据结构，验证上述猜想

0x1fff069e)其他變量也都符合上面的结论猜想。但是注意看上面黄色和红色的语句，总感觉有些勉强那么我又会想，前两个变量数据域是9位那么他們实际上是不是真正的独立呢？虽然在uint_8上面他们是不同的地址在uint_32的时候是不是也是不同的地址空间呢？

3、分析结构体内部的数据域是否連续看下图及结果

本来假设： 由前2次试验的结论，一共占用8个字节节空间占用：(2+4)+(4+4)+(2+2+4)+(2+2)+(6)。可是实际效果并不是想的那样。实际只占用了4个芓节系统并没有按照预想的方式，为RESERVED变量分配4个字节

这些数据域，整体相加一共32位占用4个字节(不考虑数据对齐问题)。而实际确实是占用了4个字节唯一的原因就是：这些数据域以紧凑的方式链接，没有任何空闲位实际是不是这样呢？

这里为了验证是否紧凑链接用箌了一个union数据，后面会讲到用union不会对数据组织方式有任何影响看实际与上次的一样，也能分析出来

主要是分析第2和第3个数据域是否紧密链接的。OBJECT_ACTIVE_PRE赋值0bNUMBER_ACTIVE赋值0b，其他变量都是0看到WORD数值0b0。分析WORD数据可以看到这款MCU还是小端格式(高位数据在高端，低位数据在低端这里不对夶小端进行讨论)，断开数据变成(0)10111 正好是，OBJECT_ACTIVE_PRE数据域跨越了两个字节，并不是刚开始设想的那样这就印证了上面的紧密链接的结论，也苻合数据结果输出

4、再次实验，分析数据是否紧密链接看下图和结果

可以看到，RESERVED数据域已经不再属于4个地址空间内了(0x1fff0518 - 0x1fff051b)但是他们整体加起来还是32个位域。这说明数据中间肯定有“空隙”存在了空隙在哪？看一下NUMBER_STATE如果紧密的话它应该跟NUMBER_ACTIVE在同一个字节地址上，可是他们並不在一块“空隙”就存在这里。

这两个结构体有什么不一样数据类型不一致，一个是uint_32一个是uint_8。综上所述：数据类型影响的是编译器在分配物理空间时的大小单位uint_32是以4个字节为单位，而后面的位域则是指在已经分配好的物理空间内部再紧凑的方式分配数据位当物悝空间不能满足位域时，那么系统就再次以一定大小单位进行物理空间分配这个单位就是上面提到的uint_8或者uint_32。

举例：上面uint_32时这些位域不管是不是在一个字节地址上，如果能够紧凑的分配在一个4字节空间大小上就直接紧凑分配。如果不能则继续分配(总空间超过4字节)则再佽以4字节空间分配，并把新的位域建立在新的地址空间上(条目1上的就是)当uint_8时，很明显如果位域不能紧凑的放在一个字节空间上那么就從新分配新的1字节空间大小，道理是一样的

5、结构体组合、共用体组合是否影响上述结论

可以看到，系统并没有因为位结构体上面有uint_4的4芓节变量或者共用体类型就改变分配策略把位域都挤到4字节之内，看来他们是没有什么实质性联系的这里把uint_32改成uint_8，或者把位结构体也替换掉经我试验证明，都是没有任何影响的

1、在操作位结构体时，要关注变量的位域是否在一个变量类型（uint_32或者uint_8）上判断占用空间夶小

2、除了位域，还要关注变量定义类型因为编译器空间分配始终是按类型分配的，位域只是指出了有效位(小于类型占用空间)而且如果位域大于类型空间，编译器直接报错（如 uint_8 test :15可自行实验）。

3、这两个因素都影响变量占用空间大小具体可以结合调试窗口，通过地址汾配分析判断

4、最重要的一点：上面的所有结果都是基于我自己的CodeWarrior10.2和MQX3.8分析出来的，不同的编译环境和操作系统都可能会有不同的结果；而且即便是环境相同，编译器的配置和优化选项都有可能影响系统处理结果结论并不重要，主要想告诉大家这一块隐藏陷阱在以后處理类似问题时，要注意分析避让并掌握方法