【C初阶】自定义类型--结构体

[1. 结构体类型的声明](#1. 结构体类型的声明)

[1.1 结构体回顾](#1.1 结构体回顾)

[1.2 结构的特殊声明](#1.2 结构的特殊声明)

[1.3 结构的自引用](#1.3 结构的自引用)

[2. 结构体的内存对齐](#2. 结构体的内存对齐)

[2.1 对齐规则](#2.1 对齐规则)

[2.2 为什么要存在内存对齐？](#2.2 为什么要存在内存对齐？)

[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)

1. 结构体类型的声明

1.1 结构体回顾

我们之前就或多或少的学习了结构体的相关知识。现在，我们先来回顾一下：

结构体的声明

代码块

struct tag

{

member - list;

}variable-list;

比如说描述一个学生：

复制代码

// 描述一个学生
struct stu
{
	char name[40]; // 名字
	int age;       // 年龄
	char sex[10];  // 性别
	char id[11];   // 学号
}; // 这里的分号不能丢

结构体变量的初始化：

复制代码

// 描述一个学生
struct stu
{
	char name[40]; // 名字
	int age;       // 年龄
	char sex[10];  // 性别
	char id[11];   // 学号
}; 
int main()
{
	struct stu s1 = { "zhangsan",21,"man","23405010211" };
	struct stu s2 = { .name = "lisi",.age = 18, .id = "23405010101", .sex = "man" };
	return 0;
}

1.2 结构的特殊声明

在声明结构体的时候，可以不完全声明。

例如：

复制代码

// 匿名结构体 -- 只能使用一次
struct
{
	int a;
	char b;
	float c;
}x,y,z;
struct
{
	int a;
	char b;
	float c;
}*p;
int main()
{
	p = &x;
	return 0;
}

这个代码运行的时候是会报警告的，因为匿名结构体只能使用一次。

1.3 结构的自引用

在一个结构体中包含一个类型为该结构体本身的成员是否可以呢？可以的。

复制代码

struct Node
{
	int data;
	struct Node;
};

你们看段代码对不对。答案是不对的，这样子写，我们无法确定这个结构体占据多少字节，而且它会一直递归下去是死递归。那么，如何写才是对的，没错就是使用指针。

复制代码

struct Node
{
	int data;
	struct Node* count;
};

这样子就是正确的。

我们在书中会看到结构体的重命名。

复制代码

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

这段代码相当于把结构体重命名为Node，使用起来更加方便。

2. 结构体的内存对齐

我们已经初步了解了结构体，接下来我们计算一下结构体的大小。

一个示例：

从代码码运行的结果来看，和我们的预算值不一样，这就要学习一下结构体的内存对齐。

2.1 对齐规则

首先得掌握结构体的对齐规则

结构体的第1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。

从第2个成员变量开始，都要对齐到某个对齐数的整数倍地址处。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的默认值为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以最大对齐数的整数倍。

我们在举例子之前先了解一个计算偏移量的宏：offsetof

我们就计算一下上面代码中S1的各成员偏移量。

接下来我们说说这是怎么来的，根据对齐规则。

我们就可以得到结构体S1在内存中如何存储，中间的空白就相当于浪费了。

现在，我们明白了如何储存，根据对齐规则趁热打铁对S2分析作为练习。

中间空白空间仍然是被浪费了。

2.2 为什么要存在内存对齐？

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；某些平台只能在某些地址处取某些特定类型的数据，否则会出现异常。

性能原因

数据结构（尤其是栈）应该尽可能的在自然边界上对齐。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。

总而言之：结构体的内存对齐是拿空间来换取时间的做法。

那么，在设计结构体的时候，我们急要满足对齐，又要节省空间，该怎么做？让占用空间小的成员尽量集中在一起。

3. 结构体传参

我们了解了结构体在内存中的存储和结构体的取出，现在我们来使用一下结构体。

复制代码

// 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 t)
{
	printf("print1: %d\n", t.num);
}

// 结构体地址传参
void print2(struct S* ps)
{
	printf("print2: %d\n", ps->num);
}

int main()
{
	print1(s); // 传结构体 传值调用
	print2(&s);// 传地址 传址调用
}

我们在上面的代码中使用了两种传参方式，哪一种更好呢？第二种。

因为：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，参数压栈的系统开销比较大，会导致性能的下降。

总而言之：结构体传参的时候，要传结构体的地址。

4. 结构体实现位段

结构体的知识了解完之后，我们就可以通过结构体实现位段了。

4.1 什么是位段

位段和结构体的声明类似，有两个不同：

1.位段成员必须是int、unsigned int或signed int。

2.位段的成员名后边有一个冒号和一个数字。

代码演示

复制代码

struct A
{
	int _a : 2;
	int _b : 5;
	int _c : 10;
	int _d : 30;
};

A就是一个位段类型。那么它占据多大的空间呢？

会和结构体一样吗？ -- 答案是不一样。

4.2 位段的内存分配

位段的成员可以是int、unsigned int、signedint或者char类型
位段的空间上是按照需要以4个字节或者1个字节的方式来开辟的
位段设计很多不确定因素，位段是不跨平台的，注重可移植的程序应该避免使用位段。

这里我就不过多介绍了。

4.3 位段的跨平台问题

int位段当成有符号还是无符号是不确定的

2.位段中最大数目不确定。

位段中的成员在内存中从左向右还是从右向左分配不确定，标准是未定义的。
空间的利用是不稳定的。

位段可以节省空间，但是不稳定因素有点多。

4.4 位段的应用

我们在知晓每个成员占据多少位的时候，我们就可以设计位段。就比如网络传输，有的传输的内容大，有的小，特别小的我们就可以使用位段。