C语言：结构体在内存中存储（内存对齐）

一、结构体是什么

1.结构体的声明

2.结构体的初始化

二、结构体的内存对齐

1.对齐规则

 2.为什么存在内存对齐

总结

前言

结构体是重要的知识点，其中，结构体的内存对齐是较重要的部分（本人使用的编译器是VisualStudio2022，下面介绍的对齐数也是以VS默认的8为标准），对后面学习数据结构有很大的帮助，因为结构体是自定义数据类型，可以在一个集合中处理不同的数据，所以在做题的时候用结构体也会带来极大的灵活性。以下是自己自学这部分知识总结的结构体方面的见解和体会，希望能给各位朋友们带来一点帮助，也希望各位大佬们对本篇文章多多提出自己的意见。

一、结构体是什么

在C语言中，结构体（structure）是一种用户自定义的数据类型，它允许你将不同类型的数据组合在一起，形成一个更复杂的数据类型。结构体在编程中非常有用，特别是当你需要处理由多个相关部分组成的数据时。

1.结构体的声明

结构体的声明使用struct关键字，后面跟着结构体的名称和成员列表。成员列表用花括号{}括起来，每个成员都是某种数据类型的一个变量，成员之间用分号;分隔。下面是一个简单的结构体声明的例子：

struct Person {  
    char name[10];  
    int age;  
    float height;  
};

在这个例子中，Person是一个结构体的名称，它有三个成员：name（一个字符数组，用于存储名字）、age（一个整数，表示年龄）和height（一个浮点数，表示身高）。 其实，结构体的声明就是告诉计算机，我们构建了一个自定义数据类型，叫Person，接着我们就可以和基本数据类型（int，float，char等）一样的使用创建变量了。

2.结构体的初始化

一旦声明了结构体，你就可以创建该类型的变量，并访问或修改其成员。例如：

#include <stdio.h>  
  
// 声明结构体  
struct Person {  
    char name[10];  
    int age;  
    float height;  
};  
  
int main() {  
    // 创建一个结构体变量  
    struct Person person1;  
  
    // 初始化结构体成员  
    strcpy(person1.name, "Alice");  
    person1.age = 30;  
    person1.height = 5.5;  
  
    // 访问结构体成员  
    printf("Name: %s\n", person1.name);  
    printf("Age: %d\n", person1.age);  
    printf("Height: %.1f\n", person1.height);  
  
    return 0;  
}

首先，我们声明了一个Person类型，接着 我们用Person创建了一个变量person1，然后我们初始化person1中的三个成员，最后调用并打印它们。

二、结构体的内存对齐

1.对齐规则

1）VS中的默认的值为8

2）Linux中的 gcc 没有默认对齐数，对齐数就是成员自身的大小 

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <stdio.h>  
#include<string.h>
// 声明结构体  
struct Person {
    char name[10];
    int age;
    float height;
};

int main() {
    // 创建一个结构体变量  
    struct Person person1;

    int ans = sizeof(person1);
    printf("内存大小为：%d", ans);

    return 0;
}

对上述的代码，画出该结构体的内存结构图，如下图：

 2.为什么存在内存对齐

大部分的参考资料 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，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，因为对象可能被分成放在两个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。所以，在设计结构体的时候，我们既要满足对齐，又要节省空间，就要让占用空间小的成员尽量集中在一起。

3.自定义设置编译器的默认对齐数

用pragma pack()来修改默认对齐数

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <stdio.h>  
#include<string.h>
#pragma pack(1)
// 声明结构体  
struct Person {
    char name[10];
    int age;
    float height;
};

int main() {
    // 创建一个结构体变量  
    struct Person person1;

    int ans = sizeof(person1);
    printf("内存大小为：%d", ans);

    return 0;
}

 这里，我们修改默认对齐数为1，成员name[10]的最终对齐数为：1，成员age的最终对齐数为：1，成员height的最终对齐数为：1，所以此时，该结构体的最大对齐数为：1，此时总空间大小是：10+4+4=18

总结

在内存中，结构体这种自定义类型的存储方式还是很值得学习的，希望各位大佬多多提出自己的见解，以便我可以及时修改更新错的知识点，在此谢谢各位！