C语言零基础第18讲：自定义类型—结构体

struct tag            //struct是关键字
{                     //tag是类型名，这个名字可以自己取   

    member-list;      //成员列表：可以有1个或多个成员  

}variable-list;       //变量列表，可以省略

比如，描述一个学生：

2.结构体变量的创建和初始化

3.匿名结构体类型

我们再来看一种特殊的声明方式，匿名结构体类型：

我们再看一种情况：

所以，需要注意的是，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。

4.结构体的自引用

在结构体中，包含一个类型为结构体本身的成员，是否可以呢？请看解析：

如上，在结构体中，不能包含一个类型与该结构体相同的结构体。

那么，正确的自引用方式是什么呢？

在介绍自引用之前，我们先简单提一下链表的概念。我们知道，数组中的各个元素，在内存中是连续的。而对于链表，各个数据在物理上并不是连续存储的，那它是怎么存储的呢？每个数据分为两个部分，其中一个部分用来存储数据本身，另一个部分用来存储下一个数据的地址，这样就可以通过一个元素找到下一个元素了。请看图示：

我们来看一下，结构体自引用示例，代码如下：

需要注意的是，在结构体自引用的过程中，如果夹杂了typedef对结构体类型的重命名，结构体内部的指针域，是不能使用重命名后的名字来声明成员的 。请看解析：

5.结构体内存对齐

计算结构体的大小，要涉及到结构体的内存对齐。

5.1 对齐规则

我们先通过一个代码来引入这个问题：

如上，S1和S2两个结构体类型，成员变量只有顺序的差异，而计算出的结构体大小却不相同。这是对齐方式不同导致的结果。

在这里，我们先给出对齐规则，然后再对这些规则进行理解：

结构体的第1个成员，对齐到结构体变量相对于起始位置偏移量为0的地址处，即结构体的首地址处。
其他成员变量要对齐到某个数字（对齐数）的整数倍的偏移量处。
对齐数：用编译器默认的一个对齐数，与该成员的大小作比较，谁更小，谁就是对齐数。VS中msvc默认为8，Linux中gcc没有默认的数，对齐数就是成员自身的大小。
结构体中每个成员都有对应的对齐数，取最大的那个对齐数，结构体总大小为这个最大对齐数的整数倍。
如果嵌套了结构体的情况，嵌套的结构体成员，对齐到自己成员中最大对齐数的整数倍处，结构体的整体大小是所有对齐数（含嵌套结构体中成员对应的对齐数）中最大对齐数的的整数倍。

以S1为例，我们来看看图示：

如上，c1放在偏移量为0处，c2放在偏移量为1处，n放在偏移量为4处。到底对不对呢？

我们可以利用offsetof来进行检验。offsetof是一个宏，可以计算出结构体的成员，相较于结构体起始位置的偏移量，对应的头文件是stddef.h。

请看S1的检验：

如上，结果和我们分析的是一样的，S1的大小也确实为8。

我们再看看S2的情况：

使用offsetof检验一下：

如上，结果和我们分析的是一样的，S2的大小也确实为12。

我们再来看看，嵌套结构体的情况：

我们来看看图示：

5.2 为什么要内存对齐？

大部分参考资料是这样说的：

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。

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，假设一个处理器，每次总是从内存中取出8个字节，这就意味着，地址一定是8的倍数。在这种情况下，若一个double类型的数据，它的地址是不对齐的：7、8、9、10、11、12、13、14，而处理器一次取出8个字节，就得先取0、1、2、3、4、5、6、7中的数据，再取8、9、10、11、12、13、14、15中的数据，这就需要访问2次内存了。如果地址是对齐的：8、9、10、11、12、13、14、15，处理器一次取8个，刚好仅需访问1次内存即可。

3.总结：

结构体的内存对齐，是拿空间换时间的做法。

4.启示：

那么，在设计结构体的时候，我们应该尽可能地，既满足对齐，又节省空间。

做法就是，让占用空间小的成员，尽量集中在一起：