C语言之结构体(struct)浅谈

r囧r小猫 2024-03-30 15:45 87阅读 0赞

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**导读：**

[ 结构体][Link 2]，怎么理解？

你可以把它想象成一个桌面上的文件夹，这个文件夹里面可以有各种各样的文件，当然也还可以再有文件夹的存在，文件夹里面再放文件……。如果你要修改其中一个文件的内容，就是首先通过桌面上的那个文件夹作为入口，然后一个一个的进入文件夹去寻找你需要的文件，找到之后就可以随你修改了。

long、unsigned int 、short、char（相当于各种文件类型，比如 .txt、.c、.h）这些关键字是否很熟悉？这都是 C 语言定义好的数据类型，直接拿来用就行了。但是我想自定义一个别的类型的数据怎么办？

就靠 [struct][] 了。结构体，顾名思义，就是将一个个数据类型构成一个数据类型以方便使用。

比如说一个 24 位的像素，有 R、G、B 三种颜色，每种颜色都用 8 bit 表示，如果使用一般的方法怎么表示呢？看图：

这样表示当然没有问题，也能解决你的需求，但是你在使用的时候会发现，通常他们使用场合一样，只是有的时候需要使用 Red 值，有的时候需要 Green，有的时候可能又要 Blue，但它们的共同点是都是用来表示一个像素的，那么有没有办法把这些数据类型组合起来方便调用呢？当然有，就是今天的主角，struct。

我们先看看使用 struct 如何表示一个像素：

[Pixel][] 中文表示像素，这样就通过这个结构体将三个数据结合在一起了（用文件夹装在一起），并且这个新组合的数据类型就叫 Pixel，和 int、char 等类似。

那么我们如何像使用 int、char 一样定义一个代表像素的数据类型呢？

就是通过 struct + 结构体名 定义了。

这里定义了两个像素，每个像素下都有 Red、Green、Blue 这三个字节数据，也就是说共有六个字节的空间：

那么对于这些数据如何使用呢？比如说要设置 Red=100，Green=120，Blue=210：

这样就行了，是不是很简单呢！如果你的 [MDK][] 开启了输入补充功能，那么写这些代码就更容易了：

可以看到你在敲完 Pixel1. 的圆点后，结构体的成员立马出来了，这时候你就能自己选择哪一个成员了，是不是很方便呢。不然一个结构体那么多成员，怎么记得住啊。

如果你用这个结构体数据类型定义了一个[结构体指针][Link 3]，那么就通过 -> 箭头调用，相当方便的。

而且如果你想对整个结构体进行赋值也是很方便的事情：

这样一条语句就将三个成员变量的值进行了修改，和通过关键字定义的变量并没什么区别。

但还有一点，每次定义一个结构体变量都要敲 struct 关键字还是很麻烦的事情，所以这个时候可以使用 typedef 这个关键字了：

这样声明之后，每次要定义一个新的 Pixel 结构体，只要使用 Pixel 就行了，而不必加入 struct 来声明这是一个结构体。而为了让自己知道这是一个自己定义的数据类型，一般会在名称后面加 \_t 或者 TypeDef 等。比如 GPIO 结构体：

并且结构体（文件夹）里面还可以套结构体（文件夹），被套的结构体里面也可能有结构体……。不仅能套结构体，指针、联合体、枚举、数组（各种文件）也都是一样的，而常规的 char、int 等更不用说了，完全按你的心意随意组合就是了（比如上面的结构体套了 uint16\_t 和 两个结构体）。

这些数据类型都可以通过结构体形成一个数据结构类型，是不是感觉特别方便啊。小项目可能结构体用的不多，但是大项目如果不用结构体，那么操作数据类型是一件很麻烦的事情，所以一定要学会使用结构体。

当然了，套用的结构体多了，对运行效率还是有一些影响的，对一些性能要求比较高的地方可以不用结构体，或者通过一些方法提高效率，不然你套的深了，寻找其中的成员变量还是需要不少指令消耗的，这一点需要引起注意。另外，编译器为了优化读写效率，可能会对数据类型进行填充：

这个存储空间应该是 1+1+1+4 = 7，但是实际上是 8 （你可以通过 sizeof() 测试），就是因为 STM32 的处理字长为 4 个字节，是最快的读写长度，所以对变量 Reserve 进行了 4 字节对齐。它的存放位置如下：

当然这个是可以通过对齐方式进行修改的，但最好不要，因为这样会降低读写效率，除非是那种定义好的通信协议，那没办法，只能改了（这个坑千万要注意）。

有的时候可能需要获取结构体的偏移地址，此时就可用通过以下方法获取：

结构体偏移量计算宏（非常规方法）：

\#define OFFSET(TYPE, MEMBER) ((unsigned long)(&(((TYPE \*)0)->MEMBER)))

比如说要获取 Green 在结构体 Pixel 的偏移地址，就可以通过上面的宏进行计算：

Offset 的结果就是 1，因为前一个 Red 共占用了一个字节空间，所以它的偏移地址就是 1。

最后再看看结构体的初始化，就是对成员变量顺序初始化：

struct xxxx xxx = \{xxxxx, xxxxx, xxxxx\};

而在 C99 模式下可以使用以下方式对结构体进行初始化，这样就能方便的观察每一个变量的初始值：

struct xxxx xxx = \{.x1 = xxxxx,.x2 = xxxxx,.x3 = xxxxx\};

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[Link 2]: https://so.csdn.net/so/search?q=%E7%BB%93%E6%9E%84%E4%BD%93&spm=1001.2101.3001.7020
[struct]: https://so.csdn.net/so/search?q=struct&spm=1001.2101.3001.7020
[Pixel]: https://so.csdn.net/so/search?q=Pixel&spm=1001.2101.3001.7020
[MDK]: https://so.csdn.net/so/search?q=MDK&spm=1001.2101.3001.7020
[Link 3]: https://so.csdn.net/so/search?q=%E7%BB%93%E6%9E%84%E4%BD%93%E6%8C%87%E9%92%88&spm=1001.2101.3001.7020