面试题：C语言结构体值传递函数的参数开销分析

Question

在C语言中，定义一个包含多个成员（至少三个不同类型成员，如整型、浮点型、字符数组）的结构体。编写一个函数，以结构体值传递的方式接收该结构体作为参数，并在函数内部仅简单打印结构体各成员的值。分析这种值传递方式在函数调用时的参数开销情况，并说明如果结构体非常大，这种传递方式可能存在的问题。

Answer 1

#include <stdio.h>

// 定义结构体
typedef struct {
    int num;
    float f;
    char str[20];
} MyStruct;

// 定义函数，以结构体值传递的方式接收结构体
void printStruct(MyStruct s) {
    printf("num: %d\n", s.num);
    printf("f: %f\n", s.f);
    printf("str: %s\n", s.str);
}

int main() {
    MyStruct myStruct = {10, 3.14f, "Hello"};
    printStruct(myStruct);
    return 0;
}

参数开销分析

1. 栈空间占用：在函数调用时，值传递方式会将实参结构体的所有成员的值复制到函数栈帧中，为形参分配内存空间。由于结构体包含多个不同类型成员，需要占用一定大小的栈空间。例如，上述结构体中int类型通常占4字节，float类型占4字节，char数组最多占20字节，总共28字节（假设32位系统）。
2. 时间开销：值传递过程中需要进行数据的复制操作，将实参结构体的每个成员的值逐位复制到形参结构体对应的成员中，这会花费一定的时间，尤其是当结构体成员较多或结构体本身较大时。

结构体非常大时的问题

1. 栈溢出风险：如果结构体非常大，在函数调用时，值传递方式会在栈上分配大量空间用于形参结构体的复制。而栈空间是有限的，当分配的空间超过栈的容量时，就会导致栈溢出错误，程序崩溃。
2. 性能问题：随着结构体变大，复制数据的时间开销会显著增加。每次函数调用都要进行大量数据的复制，这会严重影响程序的运行效率，特别是在频繁调用该函数的情况下。

因此，当结构体非常大时，一般建议使用指针传递或引用传递（在C++ 中有引用概念，C语言中可通过指针模拟）来减少参数传递的开销。