1. 引言
在计算机程序中，结构体类型变量是一种非常重要的数据结构，经常用来表示现实世界中的复杂实体。在C语言中，结构体是一种自定义的复合数据类型，可以包含不同类型的数据成员。本文将探讨C语言结构体类型变量在程序运行期间的表现。
2. 结构体类型变量定义
结构体类型变量的定义是在程序编写期间完成的。在定义结构体类型变量时，需要先定义结构体类型。结构体类型可以理解为一种新的数据类型，类似于int、char等基本数据类型。
下面是一个定义包含三个成员的结构体类型的示例：
struct Student {
char name[20];
int age;
float score;
};
在这个示例中，我们定义了一个名为Student的结构体类型，它包含三个成员：name、age和score。name是一个长度为20的字符数组，age是一个整数，score是一个浮点数。
在定义了结构体类型以后，可以声明结构体类型变量。结构体变量可以在全局或局部范围内定义，具体取决于变量的作用域。下面是一个全局范围内定义结构体类型变量、并赋值的示例：
#include <stdio.h>
struct Student {
char name[20];
int age;
float score;
};
struct Student student = {"Tom", 18, 90.0};
int main() {
printf("Name: %s, Age: %d, Score: %f\n", student.name, student.age, student.score);
return 0;
}
在这个示例中，我们定义了一个全局范围内的结构体类型变量student，并初始化了它的成员name、age和score。在main函数中，我们输出了这些信息。
3. 结构体类型变量内存分配
3.1. 内存对齐
结构体类型变量在程序运行期间需要占用一定的内存，这个内存是在定义变量时分配的。在分配内存时，需要考虑内存对齐的问题。
内存对齐是为了让结构体类型变量的访问更加高效。当我们定义一个包含多个成员的结构体类型变量时，它们的存储位置是相邻的，同时每个成员在内存中的存储位置必须满足一些特定要求。一般来说，要求成员的存储位置在其类型大小的整数倍地址上。
下面是一个结构体类型变量内存对齐的示例代码：
struct Student {
char name[20];
int age;
float score;
};
int main() {
struct Student student;
printf("Size of Student: %ld\n", sizeof(student));
printf("Address of name: %p\n", &student.name);
printf("Address of age: %p\n", &student.age);
printf("Address of score: %p\n", &student.score);
return 0;
}
在这个示例中，我们定义了一个结构体类型变量student，并输出了结构体类型变量的大小和每个成员的地址。在运行这个程序时，我们可以看到以下输出：
Size of Student: 32
Address of name: 0x7fffae2a5a70
Address of age: 0x7fffae2a5a84
Address of score: 0x7fffae2a5a88
可以看到，结构体类型变量占用32个字节的内存，每个成员的地址都满足类型大小的整数倍地址要求。
3.2. 结构体类型变量内存布局
结构体类型变量的内存布局是指它的各个成员在内存中的排布方式。在一些特殊情况下，结构体类型变量的内存布局可能比较复杂。
下面是一个内存布局比较复杂的结构体类型变量的示例：
struct A {
short a[3];
char b;
int c;
};
int main() {
printf("Size of A: %ld\n", sizeof(struct A));
return 0;
}
在这个示例中，我们定义了一个名为A的结构体类型，它包含一个short类型的数组a和一个char类型的变量b，还有一个int类型的变量c。在运行这个程序时，我们可以看到以下输出：
Size of A: 16
可以看到，这个结构体类型变量占用了16个字节的内存。这是因为，short类型的数组a是按照2个字节对齐的，因此在数组a后面需要补充一个字节的空间，才能满足char类型变量b的对齐要求。而int类型变量c又需要8个字节的对齐，因此在char类型变量b后还需要补充3个字节的空间。
4. 结构体类型变量赋值和访问
4.1. 结构体类型变量赋值
结构体类型变量的赋值可以通过使用赋值运算符实现。我们可以将一个结构体类型变量赋值给另外一个结构体类型变量，也可以通过引用结构体类型变量成员的方式对结构体类型变量进行赋值。
下面是一个通过赋值的方式实现结构体类型变量赋值的示例代码：
#include <stdio.h>
struct Student {
char name[20];
int age;
float score;
};
int main() {
struct Student student1 = {"Tom", 18, 90.0};
struct Student student2 = student1;
printf("Name of student2: %s, Age of student2: %d, Score of student2: %f\n", student2.name, student2.age, student2.score);
return 0;
}
在这个示例中，我们首先定义了一个结构体类型变量student1，并初始化了它的成员。然后，我们通过将student1赋值给student2的方式实现了结构体类型变量的赋值。在打印出student2的信息时，我们可以看到它的每个成员变量与student1相同。
4.2. 结构体类型变量访问
结构体类型变量的访问可以通过使用.操作符来实现。我们可以通过结构体类型变量名和成员变量名的方式来访问结构体类型的成员变量。
下面是一个通过.操作符实现结构体类型变量访问的示例：
#include <stdio.h>
struct Student {
char name[20];
int age;
float score;
};
int main() {
struct Student student = {"Tom", 18, 90.0};
printf("Name: %s, Age: %d, Score: %f\n", student.name, student.age, student.score);
return 0;
}
在这个示例中，我们定义了一个名字为student的结构体类型变量，并输出了它的每个成员变量。
5. 结构体类型变量作为函数参数
结构体类型变量可以作为函数的参数来传递。我们可以将一个结构体类型变量作为函数的参数，在函数内部对它进行修改，不会影响到函数外部变量。
下面是一个将结构体类型变量作为函数参数的示例：
#include <stdio.h>
struct Student {
char name[20];
int age;
float score;
};
void printStudent(struct Student student) {
printf("Name: %s, Age: %d, Score: %f\n", student.name, student.age, student.score);
}
int main() {
struct Student student = {"Tom", 18, 90.0};
printStudent(student);
return 0;
}
在这个示例中，我们定义了一个名字为student的结构体类型变量，并定义了一个名字为printStudent的函数，它的参数是一个结构体类型变量。在main函数中，我们将定义的结构体类型变量作为printStudent函数的参数，输出该变量的每个成员变量。
6. 结语
本文主要介绍了C语言结构体类型变量在程序运行期间的表现，包括结构体类型变量的定义、内存分配、内存布局、赋值、访问以及结构体类型变量作为函数参数等方面。希望本文能够对C语言初学者有所帮助。