目录

• • 1. 结构体类型的声明
  • • 结构体回顾
    • • 结构的声明
      • 2. 结构体变量的创建和初始化
      • • 结构体的特殊声明
        • 结构体的自引用
        • 3. 结构体内存对齐
        • • 对齐规则
          • • 对齐规则练习1
            • 对齐规则练习2
            • 对齐规则练习3
            • 对齐规则练习4
            • 为什么存在内存对齐
            • offsetof - 计算结构体成员相较于起始位置的偏移量
            • 修改默认对齐数
            • 4. 结构体传参
            • 5. 结构体实现位段
            • • 什么是位段
              • 位段的内存分配
              • 位段的垮台问题
              • 位段的应用
              • 位段使用的注意事项

                1. 结构体类型的声明

                前面我们在学习操作符的时候，已经学习了结构体的知识，先稍微复习一下。

                结构体回顾

                结构体是一些值得集合，这些值被称为成员变量。结构的每个成员可以是不同类型的变量。

                结构的声明

                struct tag {

                member - list;

                }variable-list;

                例如描述一个学生：

                struct Stu
                {
                	char name[20];//名字
                	int age;//年龄
                	char sex[5];//性别
                	char id[20];//学号
                };//不要忘记分号
                

                2. 结构体变量的创建和初始化

                #define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
                #include 
                struct Stu
                {
                	char name[20];//名字
                	int age;//年龄
                	char sex[5];//性别
                	char id[20];//学号
                };//不要忘记分号
                int main()
                {
                	//按照结构体成员的顺序初始化
                	struct Stu s = { "zhangsan",20,"男","202012100" };
                	printf("name :%s\n", s.name);
                	printf("age :%d\n", s.age);
                	printf("sex :%s\n", s.sex);
                	printf("id :%s\n", s.id);
                	//按照指定的顺序初始化
                	struct Stu s2 = { .age = 18,.name = "lisi",.id = "1210010",.sex = "女" };
                	printf("name :%s\n", s2.name);
                	printf("age :%d\n", s2.age);
                	printf("sex :%s\n", s2.sex);
                	printf("id :%s\n", s2.id);
                	return 0;
                }
                

                结构体的特殊声明

                在声明结构体的时候，可以不完全的声明

                //匿名结构体类型
                struct
                {
                	int a;
                	char b;
                	float c;
                }x;
                struct
                {
                	int a;
                	char b;
                	float c;
                }a[20],*p;
                

                上面的两个结构在声明的时候省略掉了结构体标签（tag）

                那么问题来了？

                //在上面代码的基础上，下面的代码合法吗？

                p = &x;

                警告：

                编译器会把上面的两个声明当成完全不同的两个类型，所以是非法的。

                匿名的结构体类型，如果没有对结构体类型重命名的话，基本上只能使用一次。

                结构体的自引用

                在结构体中包含一个类型为该结构本身的成员是否可以呢？

                比如，定义一个链表的节点：

                struct Node {
                	int data;
                	struct Node next;
                };
                

                上述代码正确吗？如果正确，那sizeof(struct Node)是多少？

                仔细分析，其实是不行的，因为一个结构体中再包含一个同类型的结构体变量，这样结构体变量的大小就会无穷大，是不合理的。

                正确的自引用方式：

                struct Node {
                	int data;//存放数据
                	struct Node* next;//存放写一个节点的地址
                };
                

                在结构体自引用使用过程中，夹杂了typedef对匿名结构体类型的重命名。也容易引入问题，看看下面的代码，可行吗？

                typedef struct {
                	int data;
                	Node * next;
                }Node;
                

                答案是不行的，因为Node是对前面的匿名结构体类型的重命名产生的，但是在匿名结构体内部提前使用Node类型来创建成员变量，这是不行的。

                解决方案如下：定义结构体不要使用匿名结构体了

                typedef struct Node{
                	int data;
                	struct Node * next;
                }Node;
                

                3. 结构体内存对齐

                我们已经掌握了结构体的基本使用了

                现在我们深入讨论一个问题：计算结构体的大小

                这也是一个特别热门的考点：结构体内存对齐

                看一个代码：

                为什么大小是有差异的呢？

                又是怎么来计算的呢？

                struct s1
                {
                	char c1;
                	char c2;
                	int i;
                };
                struct s2
                {
                	char c1;
                	int i;
                	char c2;
                };
                int main()
                {
                	printf("%d\n", sizeof(struct s1));
                	printf("%d\n", sizeof(struct s2));
                	return 0;
                }
                

                

                对齐规则

                首先得掌握结构体的对齐规则：

                1. 结构体的第一个成员对齐到和结构体变量起始位置偏移量为0的地址处

                2. 其他成员变量要对齐到某个数字（对齐数）的整数倍的地址处。

                   对齐数 = 编译器默认的一个对齐数与该成员变量大小的较小值

                   VS中默认的值为8

                   Linux中gcc没有默认参数，对齐数就是成员自身的大小

                3. 结构体总大小为最大对齐数（结构体中每个成员变量都有一个对齐数，所有对齐数中最大的）的整数倍。

                4. 如果嵌套了结构体的情况，嵌套的结构体成员对自己的成员中最大对齐数的整数倍处，结构体的整体大小就是所有最大对齐数（含嵌套结构体中成员的对齐数）的整数倍。

                对齐规则练习1

                struct S1
                {
                	char c1;
                	int i;
                	char c2;
                };
                int main()
                {
                	printf("%d\n", sizeof(struct S1));//12
                	return 0;
                }
                

                

                对齐规则练习2

                struct S2
                {
                	char c1;
                	char c2;
                	int i;
                };
                int main()
                {
                	printf("%d\n", sizeof(struct S2));//8
                	return 0;
                }
                

                

                对齐规则练习3

                struct S3
                {
                	double d;
                	char c;
                	int i;
                };
                int main()
                {
                	printf("%d\n", sizeof(struct S3));//16
                	return 0;
                }
                

                

                对齐规则练习4

                struct S3
                {
                	double d;
                	char c;
                	int i;
                };
                struct S4
                {
                	char c1;
                	struct S3 s3;
                	double d;
                };
                int main()
                {
                	printf("%d\n", sizeof(struct S4));//32
                	return 0;
                }
                

                

                为什么存在内存对齐

                大部分的参考资料都是这样说的

                1.平台原因（移植原因）

                不是所有的硬件平台都能访问任意地址上的任意数据；某些硬件平台只能在某些地址处取某些特定类型的数据，否则抛出硬件异常。

                2.性能原因：

                数据结构（尤其是栈）应该尽可能地在自然边界上对齐。原因在于，为了访问未对齐的内存，处理器需要作两次内存访问；而对齐的内存访问仅需要一次访问。假设一个处理器总是从内存中取8个字节，则地址必须是8的倍数。如果我们能保证将所有的double类型的数据的地址都对齐成8的倍数，那么就可以用一个内存操作来读或者写值了。否则，我们可能需要执行两次内存访问，因为对象可能被分放在两个8字节内存块中。

                总体来说：结构体的内存是拿空间来换取时间的做法

                那在设计结构体的时候，我们既要满足对齐，又要节省空间

                让占用空间小的成员尽量集中在一起

                就如练习1和练习2，两个类型成员一模一样，但是S1和S2所占用空间的大小有了一些区别。

                offsetof - 计算结构体成员相较于起始位置的偏移量

                //宏
                //offsetof - 计算结构体成员相较于起始位置的偏移量
                #include //得包含头文件
                struct s1
                {
                	char c1;
                	char c2;
                	int i;
                };
                int main()
                {
                	printf("%zd\n", offsetof(struct s1, c1));//0
                	printf("%zd\n", offsetof(struct s1, c2));//1
                	printf("%zd\n", offsetof(struct s1, i));//4
                	return 0;
                }
                

                修改默认对齐数

                #pragma这个预处理指令，可以改变编译器的默认对齐数。

                #pragma pack(1)//设置默认对齐为1
                struct S
                {
                	char c1;
                	int i;
                	char c2;
                };
                #pragma pack()//取消设置的对齐数，还原为默认
                int main()
                {
                	printf("%zd\n", sizeof(struct S));//6
                	return 0;
                }
                

                结构体在对齐方式不合适的时候，我们可以自己更改默认对齐数。

                4. 结构体传参

                struct S
                {
                	int data[1000];
                	int num;
                };
                struct S s = { {1,2,3,4},1000 };
                //结构体传参
                void print1(struct S s)
                {
                	printf("%d\n", s.num);
                }
                //结构体地址传参
                void print2(struct S* ps)
                {
                	printf("%d\n", ps->num);
                }
                int main()
                {
                	print1(s);//传结构体
                	print2(&s);//传地址
                	return 0;
                }
                

                上面应首选print2函数

                函数传参的时候，参数是需要压栈，会有事件和空间上的系统开销。

                如果传递一个结构体对象的时候，结构体过大，参数压栈的系统开销比较大，所以会导致性能的下降。

                结论：

                结构体传参的时候，要传结构体的地址。

                5. 结构体实现位段

                结构体讲完就得讲讲结构体实现位段的能力。

                位段是基于结构体的

                位段的出现就是为了节省空间

                什么是位段

                位段的声明和结构是类似的，有两个不同：

                1. 位段的成员必须是int、unsigned int 或signed int，在C99中位段成员的类型也可以选择其他类型
                2. 位段的成员名后边有一个冒号和一个数字

                struct A
                {
                	int _a : 2;
                	int _b : 5;
                	int _c : 10;
                	int _d : 30;
                };
                int main()
                {
                	printf("%d\n", sizeof(struct A));//8
                }
                

                A就是一个位段类型。

                位段A所占内存的大小是8字节

                位段的内存分配

                1. 位段的成员可以是int、unsigned int、signed int或者是char等类型
                2. 位段的空间是按照需要以4个字节（int）或者1个字节（char）的方式来开辟的
                3. 位段涉及很多不确定因素，位段是不跨平台的，注重可移植的程序应该避免使用位段

                //一个例子
                struct S
                {
                	char a : 3;
                	char b : 4;
                	char c : 5;
                	char d : 4;
                };
                int main()
                {
                	struct S s = { 0 };
                	s.a = 10;
                	s.b = 12;
                	s.c = 3;
                	s.d = 4;
                }
                //空间是如何开辟的？
                

                

                位段的垮台问题

                1. int位段被当成有符号数还是无符号数是不确定的
                2. 位段中最大的数目不确定。（16位机器最大，32位机器最大，写成27，在16位机器会出问题）
                3. 位段中的成员在内存中从左向右分配，还是从右向左分配标准尚未定义
                4. 当一个结构体包含两个位段，第二个位段成员比较大，无法容纳于第一个位段剩余的位时，是舍弃剩余的位还是利用，这是不确定的

                总结：

                跟结构相比，位段可以达到同样的效果，并且可以很好地节省空间，但是有跨平台的问题存在

                位段的应用

                下面是网络协议中，IP数据报的格式，我们可以看到其中很多的属性只需要几个bit位就能描述，这里使用位段，能够实现想要的效果，也节省了空间，这样网络传输的数据报大小也会较小一些，对网络的畅通是有帮助的

                

                位段使用的注意事项

                位段的几个成员共有一个字节，这样有些成员的起始位置并不是某个字节的起始位置，那么这些位置处是没有地址的。内存中每个字节分配一个地址，一个字节内部的bit位是没有地址的

                所以不能对位段的成员使用&操作符，这样就不能使用scanf直接给位段的成员输入值，只能是先输入放在一个变量中，然后赋值给位段的成员。

                struct A
                {
                	int _a : 32;
                	int _b : 5;
                	int _c : 10;
                	int _d : 30;
                };
                int main()
                {
                	struct A sa = { 0 };
                	scanf("%d", &sa._b);//错误方式
                	//正确演示
                	int b = 0;
                	scanf("%d", &b);
                	sa._b = b;
                	return 0;
                }
                

                 
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