结构体, C语言和C++

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索引

1. C语言里怎么创建结构体
2. typedef 到底解决了什么
3. 结构体数组、指针、嵌套
4. C++ 里有哪些变化
5. 对齐、填充与 packed
6. 什么时候该用 struct

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1. C语言里怎么创建结构体

结构体就是把多个有关联的数据打包成一个整体。

struct Student {
    char name[20];
    int  age;
    float score;
};

这段代码只是定义了一种结构体类型，还没有创建变量。

1.1 创建结构体变量

struct Student {
    char name[20];
    int  age;
    float score;
};
 
struct Student s1;
struct Student s2 = {"Tom", 18, 95.5f};

在 C 语言里，类型名是 struct Student，不是单独的 Student。

也就是说：

Student s3;          // ❌ C语言里这样写不行
struct Student s3;   // ✅ 这样才对

1.3 结构体指针访问

#include <stdio.h>
 
struct Point {
    int x;
    int y;
};
 
int main(void) {
    struct Point p = {10, 20};
    struct Point *pp = &p;
 
    printf("x = %d\n", pp->x);
    printf("y = %d\n", pp->y);
 
    return 0;
}

指针用 ->，它等价于：

(*pp).x
(*pp).y

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2. typedef 到底解决了什么

C语言原生写法里，每次都要写 struct 名字，比较啰嗦，所以经常配合 typedef 使用。

2.1 常见写法

typedef struct {
    char name[20];
    int  age;
    float score;
} Student;
 
int main(void) {
    Student s1 = {"Bob", 19, 91.0f};
    return 0;
}

这样以后就可以直接写 Student s1;，不用再写 struct Student s1;。

2.2 带标签的 typedef

typedef struct Student {
    char name[20];
    int  age;
} Student;

这时有两种名字：

• struct Student：结构体标签名
• Student：typedef 起的别名

所以这两种都能用：

struct Student a;
Student b;

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4. C++ 里有哪些变化

C++ 仍然保留了 struct，但比 C 语言更强。

4.1 最直接的变化：可以省掉 struct

C++：

struct Student {
    int age;
};
 
Student s1;

也就是说，C++ 会自动把结构体名当成类型名。

4.2 struct 里可以放函数

#include <iostream>
using namespace std;
 
struct Student {
    const char *name;
    int age;
 
    void print() const {
        cout << name << ", " << age << endl;
    }
};

这在 C 语言里不行，C 的结构体只能放数据成员。

4.3 struct 可以有构造函数

struct Point {
    int x;
    int y;
 
    Point(int a, int b) : x(a), y(b) {}
};

C语言没有构造函数，通常只能靠初始化列表、赋值、或者专门的初始化函数。

4.4 struct 和 class 的主要区别

在 C++ 里，struct 和 class 几乎一样，核心区别只有默认权限：

• struct 默认是 public
• class 默认是 private

例如：

struct A {
    int x;   // 默认 public
};
 
class B {
    int x;   // 默认 private
};

所以在 C++ 里，struct 通常用来表示“偏数据”的对象，class 更常用于封装行为。

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5. 对齐、填充与 packed

这是结构体在嵌入式、通信协议、文件格式里非常重要的一块。

5.1 为什么结构体大小会变大

struct Example {
    char a;
    int  b;
    char c;
};

你以为大小是 1 + 4 + 1 = 6，但很多编译器下实际不是 6。

原因是：编译器会为了访问效率做对齐（alignment），在成员之间插入填充字节（padding）。

一种常见布局可能是：

a _ _ _ b b b b c _ _ _

于是 sizeof(struct Example) 可能是 12。

5.2 packed 是干什么的

在 GCC / Clang 里，经常会看到：

struct __attribute__((packed)) Packet {
    unsigned char head;
    unsigned short len;
    unsigned char cmd;
};

或者：

typedef struct __attribute__((packed)) {
    unsigned char head;
    unsigned short len;
    unsigned char cmd;
} Packet;

packed 的作用是：尽量取消编译器自动插入的填充字节，让结构体布局更贴近字节流本身。

这在下面场景很常见：

• 通信协议
• 寄存器映射
• 文件格式解析
• 网络报文

5.3 但 packed 不是 C++ 独有

__attribute__((packed)) 不是标准 C，也不是标准 C++ 语法。 它通常是 GCC / Clang 编译器扩展，所以 C 和 C++ 都可能支持。

也就是说：

• 它不是 C++ 新增关键字
• 它是编译器提供的扩展能力
• 不同编译器写法可能不同

比如 MSVC(Microsoft Visual C++,微软家的编译器) 更常见的是：

#pragma pack(push, 1)
struct Packet {
    unsigned char head;
    unsigned short len;
    unsigned char cmd;
};
#pragma pack(pop)

5.4 packed 使用注意

packed 虽然能让结构体更紧凑，但不要滥用。

原因：

1. 某些 CPU 访问未对齐数据会变慢
2. 某些平台甚至会直接异常
3. 不同编译器、不同平台的行为可能不同

所以更稳妥的原则是：

• 协议/寄存器映射：按需使用 packed
• 普通业务结构体：不要为了“省几个字节”强行 packed

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小结

• C语言里定义结构体后，创建变量时通常要写 struct 名字
• typedef 的主要作用是给类型起别名，减少 struct 反复书写
• C++ 里结构体更强，可以直接当类型名，还能带函数、构造函数
• __attribute__((packed)) 常见于协议和寄存器映射，但它是编译器扩展，不是 C++ 专属语法
• 结构体一旦涉及协议解析，就要特别注意对齐、填充、跨平台差异