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👀学习专栏：《C语言学习》
💪学习阶段：C语言方向初学者
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目录
[1. 结构体类型](#1. 结构体类型)
[1.1 旧知识回顾](#1.1 旧知识回顾)
[1.1.1 结构体声明](#1.1.1 结构体声明)
[1.1.2 结构体的创建和初始化](#1.1.2 结构体的创建和初始化)
[1.2 结构体的特殊声明](#1.2 结构体的特殊声明)
[1.3 结构体的自引用](#1.3 结构体的自引用)
[2. 结构体内存对齐（热门考点）](#2. 结构体内存对齐（热门考点）)
[2.1 对齐规则](#2.1 对齐规则)
[2.2 为什么存在内存对齐](#2.2 为什么存在内存对齐)
[2.3 修改默认对齐数](#2.3 修改默认对齐数)
[3. 结构体传参](#3. 结构体传参)
[4. 结构体实现位段](#4. 结构体实现位段)
[4.1 什么是位段](#4.1 什么是位段)
[4.2 位段的内存分配](#4.2 位段的内存分配)
[4.3 位段的跨平台问题](#4.3 位段的跨平台问题)
[4.4 位段的应用](#4.4 位段的应用)
[4.5 位段使用注意事项](#4.5 位段使用注意事项)
1. 结构体类型
1.1 旧知识回顾
-- 在前面操作符部分有过初步的了解： 结构体是一些值的集合，这些值称为成员变量。结构体的每个成员都可以是不同类型的变量；比如：数组、指针、其他结构题、体等等。
--博客跳转链接：结构成员访问操作符
1.1.1 结构体声明
cpp
struct tag struct表明是结构体
{
member-list; 一个或多个成员变量
}variable - list 变量列表， 可有可无，在声明变量类型是可同时定义的变量，且为全局变量
--比如，当我们想描述一个学生时，就要包括；姓名、成绩、年龄、学号等等，这时候单一的内置类型就显得力不从心； 哎~~，结构体就上场了：
cpp
struct Stu
{
char name[20]; 名字拼音
int age; 年龄
char id[20]; 学号
float score; 成绩
//......
}; 分号绝对不能丢1.1.2 结构体的创建和初始化
cpp
struct Stu
{
char name[20];
int age;
char sex[5];
char id[20];
};
int main()
{
//初始化--按成员顺序
struct Stu s1 = { "liming", 18, "man", "2023319829" };
//进行访问-
printf("name:%s\n", s1.name);
printf("age:%d\n", s1.age);
printf("sex:%s\n", s1.sex);
printf("id:%s\n", s1.id);
printf("\n");
//初始化--按指定顺序
struct Stu s2 = { .age = 20, .sex = "man", .name = "zhangsan", .id = "2023393839" };
printf("name:%s\n", s1.name);
printf("age:%d\n", s1.age);
printf("sex:%s\n", s1.sex);
printf("id:%s\n", s1.id);
return 0;
}1.2 结构体的特殊声明
--在声明时，结构体也存在着不完全声明：
--匿名结构体：
cpp
struct
{
int a;
char b;
float c;
}x;//全局变量
struct
{
int a;
char b;
float c;
}* p;--可以发现，上面的结构体省略了标签-tag；
--那如果在上面代码的基础，那下面的合理吗？
cpp
p = &x;警告：
--虽然上面两个结构体成员相同，但是编译器会将上面两个声明当作不同的类型（类似两个同名但不同地址的房屋），会导致类型不兼容错误；
--匿名结构体（无标签）只能通过原始定义使用（同时声明结构体、变量），无法在其他地方引用相同的类型。匿名结构体无法复用-改进：
--使用结构体标签、用
typedef创建类型别名；
1.3 结构体的自引用
--在对结构体进行定义后，那是否可以将结构体本身当作结构体的一个成员呢？
--比如定义一个链表的结点：
cpp
struct Node
{
int data;
struct Node next;
};--这样其实是错误的！！
--因为当结构体里面在包含一个同类型的结构体，会导致结构体内存无限大，显然是错误的。
--但是可以这样操作（可以包含指向同类型的指针）：
cpp
struct Node
{
int data;
struct Node* next;
};--在结构体自引用使用的过程中，夹杂了 typedef 对匿名结构体类型重命名，容易引入问题，看下面的代码：
cpp
typedef struct
{
int data;
Node* next;
}Node;--这样也是错误的！！因为Node是重命名来的，在结构体内部提前使用重命名的结果是不可行的。所以最好不要使用匿名结构体！！
2. 结构体内存对齐（热门考点）
--了解了基础知识后，下面来谈一谈它的内存如何计算？？
2.1 对齐规则
结构体对齐规则：
- 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；
- 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 没有默认对齐数，对齐数就是成员自身的大小；
- 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；
- 如果嵌套了结构体，嵌套者对齐到自己成员最大对齐数的整数倍，总的结构体大小由第3条进行判断（包括嵌套者的成员）；
--这样干巴得理解还是有点模糊，别急，下面几道例题来救一下！
习题1
cpp
struct s1
{
char c1;
int i;
char c2;
};
int main()
{
printf("%zd\n", sizeof(struct s1)); 12
return 0;
}图解演示------
习题2
cpp
struct S2
{
char c1;
char c2;
int i;
};
int main()
{
printf("%zu\n", sizeof(struct S2));//8
}图解演示------
习题3
cpp
struct S3
{
double d;
char c;
int i;
};
int main()
{
printf("%zu\n", sizeof(struct S3));//16
}图解演示------
习题4--嵌套结构体大小
cpp
struct S3
{
double d;
char c;
int i;
};
struct S4
{
char c1;
struct S3 s3;
double d;
};
int main()
{
printf("%zu\n", sizeof(struct S4)); 32
}图解演示------
2.2 为什么存在内存对齐
-
**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的；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；
-
**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：结构体的内存对齐是拿空间来换取时间的做法。
--那该如何做到是设计结构体是，满足对齐和节省空间呢，对此，我们可以让占用空间小的成员尽量集中在一起。（减少空间浪费）
cpp
struct S1
{
char c1;
int i;
char c2;
};
struct S2
{
char c1;
char c2;
int i;
};
int main()
{
printf("%zu\n", sizeof(struct S1)); 12
printf("%zu\n", sizeof(struct S2)); 8
}--看上面的代码，成员一样，但是排列顺序不同，明显看到S2更小一点。
2.3 修改默认对齐数
--#pragma 预处理指令，可以改变默认对齐数，但是一般设置为2的次方数。
cpp
#pragma pack(2)//设置默认对⻬数为2
struct S
{
char c1;
int i;
char c2;
};
#pragma pack()//取消设置的对⻬数，还原为默认，下次再到别的结构体中就是默认的了
int main()
{
//输出的结果是什么？
printf("%d\n", sizeof(struct S));//8
return 0;
}3. 结构体传参
cpp
struct S
{
int data[1000];
int num;
};
struct S s = { {1,2,3,4}, 1000 };
//结构体直接传参
void print1(struct S s)
{
printf("%d\n", s.num);
}
//结构体通过地址传参
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;
}--很显然，通过地址来传参数最好的：
- 函数传参的时候，参数是需要压栈，会有时间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，参数压栈的的系统开销比较大，所以会导致性能的下降；
4. 结构体实现位段
4.1 什么是位段
--位段的声明和结构十分类似，但有者两个不同：
- 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；
- 位段的成员名后边有⼀个冒号和一个数字；
--比如：
cpp
struct A
{
int _a: 2 ;
int _b: 5 ;
int _c: 10 ;
int _d: 30 ;
};补充------
--一般习惯在位段成员加上'-' ；
--冒号后面的数字表示：这个成员要占用的比特位的数量；
--A就是⼀个位段类型。 那位段A所占内存的大小是多少呢？
4.2 位段的内存分配
- 位段的成员可以是 int unsigned int signed int 或者是 char 等类型'
- 位段的空间上是按照需要以4个字节（ int ）或者1个字节（ char ）的方式来开辟的；
- 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。；
cpp
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？
}
4.3 位段的跨平台问题
- int 位段被当成有符号数还是无符号数是不确定的；
- 位段中最大位的数目不能确定。（16位机器最大16，32位机器最大32），写成27，在16位机器会出问题；
- 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;
- 当⼀个结构包含两个位段，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，并且可以很好的节省空间，但是有跨平台的问题存在；
4.4 位段的应用
--图片为网络协议中，IP数据报的格式，可以看到其中大多属性只需要几个bit位就能描述，这里使用位段能够实现想要的结果，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。
4.5 位段使用注意事项
--位段的几个成员共有同⼀个字节，导致有些成员的起始位置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。
cpp
struct A
{
int _a : 2;
int _b : 5;
int _c : 10;
int _d : 30;
};
int main()
{
struct A sa = { 0 };
scanf("%d", &sa._b); // 这是错误的
// 正确的示范
int b = 0;
scanf("%d", &b);
sa._b = b;
return 0;
}旧知识回顾------
#C语言------学习攻略：数据在内存中的存储--整数在内存中的存储，大小端字节序和字节序判断，浮点数在内存中的存储
#C语言------学习攻略：探索内存函数--memcpy、memmove的使用和模拟实现，memset、memcmp函数的使用
结语：本篇文章到此结束，呈现了自定义--结构体的内容，内涵丰富，大家要多次回顾， **如果这篇文章对你的学习有帮助的话，欢迎一起讨论学习，**你这么帅、这么美给个三连吧~~~