c语音—结构体

1. 结构体基础

• 是什么：结构体是一种用户自定义的数据类型，它允许你将多个不同类型的变量组合在一起，形成一个逻辑上的整体。这些变量称为成员。

• 为什么：用于描述复杂对象（如学生、图书、坐标点），避免了使用多个分散的变量，使代码更清晰、组织更有序、管理更方便。

• 定义与声明：

  // 定义结构体类型，此时并不分配内存
  struct Student {
      int id;
      char name[20];
      float score;
  };
  
  // 声明结构体变量，此时分配内存
  struct Student stu1; // 方式一：先定义类型，再声明变量
  
  // 定义类型的同时声明变量
  struct Point {
      int x;
      int y;
  } p1, p2; // p1和p2是全局变量
  
  // 使用typedef创建别名（非常常用）
  typedef struct Employee {
      int emp_id;
      char dept[10];
  } Emp; // Emp 是 struct Employee 的别名
  
  Emp e1; // 现在可以用 Emp 来声明变量，更简洁
  

2. 结构体初始化与成员访问

• 初始化：

  // 顺序初始化
  struct Student stu1 = {101, "Alice", 95.5f};
  
  // 指定成员初始化，顺序可以打乱
  struct Student stu2 = {.name = "Bob", .id = 102, .score = 88.0f};
  
  // 部分初始化，未初始化的成员会被系统初始化为0（全局/静态）或随机值（局部）
  struct Student stu3 = {103}; // 只初始化了id，name和score为0或随机值
  

• 成员访问：使用点操作符 .

  stu1.id = 1001;
  strcpy(stu1.name, "Charlie"); // 对数组赋值需要使用strcpy
  printf("Score: %.1f\n", stu1.score);
  

3. 结构体指针

• 声明与赋值：

  struct Student *pStu;
  pStu = &stu1; // 指向stu1的指针
  

• 通过指针访问成员：使用箭头操作符 ->

  
  (*pStu).id = 1002;  // 先解引用，再用点操作符，括号必不可少
  pStu->id = 1002;    // 更简洁、更常用的箭头操作符
  

4. 结构体数组

• 声明与初始化：

  // 声明一个包含3个元素的结构体数组
  struct Student class[3] = {
      {1, "Tom", 99.5f},
      {2, "Jerry", 80.0f},
      {3, "Spike", 60.5f}
  };
  
  // 访问数组中的元素
  printf("The second student's name is %s\n", class[1].name);
  class[2].score = 61.0f; // 修改第三个学生的分数
  
  // 指针遍历数组
  struct Student *p;
  for (p = class; p < class + 3; p++) {
      printf("ID:%d, Name:%s\n", p->id, p->name);
  }
  

5. 结构体与函数

• 值传递：将整个结构体拷贝一份传给函数。缺点：如果结构体很大，拷贝开销大。

  void printStudent(struct Student s) {
      printf("ID: %d\n", s.id);
  }
  printStudent(stu1); // 发生一次结构体拷贝
  

• 地址传递：传递结构体的指针。优点：高效，无拷贝开销；缺点：函数内部可以修改原结构体（如果不想被修改，可用 const 修饰指针）。

  void updateScore(struct Student *s, float new_score) {
      s->score = new_score; // 会修改原结构体的值
  }
  updateScore(&stu1, 100.0f);
  
  // 使用const防止修改
  void printStudentConst(const struct Student *s) {
      // s->id = 5; // 这行代码会编译错误，因为s指向的内容是只读的
      printf("ID: %d\n", s->id);
  }
  

  面试重点：永远优先使用传递指针的方式，除非结构体非常小。

6. 字符串操作（重点）

字符数组赋值：

• 错误：char str[20]; str = "Hello"; (数组名是常量地址，不能被赋值)
• 正确：使用 strcpy 函数：strcpy(str, "Hello");

常用字符串函数 (#include <string.h>)

• strlen():获取长度
• strcpy(): 字符串复制。
• strcmp():字符串比较
• strcat(): 字符串连接。
• strstr(): 在主串中寻找子串。
• strtok(): 用分隔符切割字符串。
• itoa(): 将整数转换为字符串。

常用内存操作函数 (#include <string.h>)

• memset(): 将内存块的前 n 字节设置为特定值。
• memcpy(): 从源内存地址拷贝 n 字节到目标地址。
• memmove(): 功能同 memcpy，但能正确处理内存重叠区域。

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面试题：内存对齐

1、为什么要进行内存对齐？内存对齐的优点。

• ① 什么是内存对齐：数据在内存中的起始地址按照一定的规则进行排列，而不是顺序紧密地排列。
• ② 优势：提升CPU的访问效率。
  • 内存划分的基本单位是字节，但CPU访问内存不是逐字节读取，而是通过内存总线按照“块”（如2B、4B、8B）进行读取。
  • 对齐的好处：如果数据存储遵循内存对齐规则，CPU可以在一个读取周期内就完整地获取到数据。
  • 不对齐的代价：如果数据存储未遵循对齐规则，它可能跨越两个或多个CPU读取块。这时需要多个读取周期，并将读取到的字节块进行拼接才能得到完整数据，这大大降低了访问效率。

2、怎么进行内存对齐？

• 默认对齐方式：
  • Windows默认：8字节对齐
  • Linux默认：4字节对齐
• 指定对齐方式：
  • 可以使用预编译指令（如#pragma pack(n)）来显式地指定对齐模数。
    

3、求结构体大小（遵循的规则）

计算结构体大小需要遵循以下三个核心规则：

1. 成员变量偏移量规则：结构体内每个成员变量的起始地址的偏移量（相对于结构体首地址），必须是 Min(该成员自身大小, 当前有效对齐模数) 的整数倍。
2. 结构体总大小规则：整个结构体的总大小，必须是 Min(结构体中最大基本成员的大小, 当前有效对齐模数) 的整数倍。
3. 结构体嵌套规则：在计算含有嵌套结构体的复杂结构时，子结构体的“最大基本数据类型” 会被视为当前结构体的一个普通成员来参与规则2的计算。
   例题：