这里写目录标题
1、结构体的声明
- 结构是⼀些值的集合，这些值称为成员变量。结构的每个成员可以是不同类型的变量。
1.1结构体的声明
struct tag //tag是结构体的名字，可以自定义
{
member-list; //成员列表
}variable-list; //变量列表
例如我们可以来描述一个学生：
struct stu
{
char name[20];//姓名
char sex[10];//性别
int age;//年龄
char id[20];//学号
};//注意分号
1.2 特殊的声明
在声明结构体的时候，可以不完全的声明。
比如说：
//匿名结构体
struct
{
int a;
char b;
float c;
}x;
struct
{
int a;
char b;
float c;
}a[10],*p;
上面两个结构体声明的时候省略了结构体标签（tag）。
那么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。
2、结构体变量的定义和初始化
有了结构体，那我们应该如何去定义变量呢？
#include<stdio.h>
struct stu
{
char name[20];
int age;
char sex[5];
char id[20];
};
int main()
{
//按照结构体成员的顺序初始化
struct stu s = { "张三",18,"男","721065" };
printf("%s %d %s %s\n", s.name, s.age, s.sex, s.id);
//按照指定的顺序初始化
struct stu s2 = { .age = 18,.id = "721065",.sex = "男",.name = "张三" };
printf("%s %d %s %s\n", s2.name, s2.age, s2.sex, s2.id);
return 0;
}
在进行初始化时，结构体内部也可以包含结构体。
#include<stdio.h>
struct SN
{
char c;
int i;
};
struct S
{
double d;
struct SN sn;
int arr[10];
};
int main()
{
struct S s = { 3.14,{'w',18},{1,2,3}};
printf("%lf %c %d\n", s.d, s.sn.c, s.sn.i);
int i = 0;
for (i = 0; i < 10; i++)
{
printf("%d ", s.arr[i]);
}
return 0;
}
运行得出结果为：
3、结构的自引用
在结构体中包含一个类型为该结构本身的成员是否可行？
比如说，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的⼤，是不合理的。
正确的⾃引⽤⽅式如下：
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，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。
typedef struct Node
{
int data;
struct Node* next;
}Node;
4、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。
我们这里来看一个例子：
#include<stdio.h>
struct S1
{
char a;
int b;
char c;
};
struct S2
{
char a;
char c;
int b;
};
int main()
{
printf("%d\n", sizeof(struct S1));
printf("%d\n", sizeof(struct S2));
}
当我们计算时，char占1个字节，int占4个字节，所以我们理所应当的认为运行出的结果为1+4+1=6，那到底是不是这样呢？我们来看看运行结果：
我们发现结果和我们想象的是完全不一样的，那么这里就涉及到结构体内存对齐了，为了解决这个疑惑，我们引入一个宏offsetof的概念。
offsetof：可以计算结构体成员相较于结构体起始位置的偏移量，他的形式如下：
//包含一个头文件#include<stddef.h>
offsetof(type,member)
那么什么是偏移量呢？我们画图来解释一下：
了解完偏移量的概念后，我们利用offsetof去计算出上述结构体成员的偏移量：
#include<stdio.h>
#include<stddef.h>
struct S1
{
char a;
int b;
char c;
};
struct S2
{
char a;
char c;
int b;
};
int main()
{
//printf("%d\n", sizeof(struct S1));
//printf("%d\n", sizeof(struct S2));
printf("%d\n", offsetof(struct S1, a));//0
printf("%d\n", offsetof(struct S1, b));//4
printf("%d\n", offsetof(struct S1, c));//8
}
我们运行后可以得到结构体S1中成员的偏移量如上所示，那么怎么去理解呢？
我们可以发现a是从0的偏移量开始的，b是从4的偏移量开始，c是从8的偏移量开始的，如下图所示：
但是当我们观察的时候发现，从0偏移到8总共占了9个字节，那为什么前面代码输出结果是12呢？这里我们解释到，本质上在下面还浪费了3个字节，所以算出结果加起来刚好为12。那么为什么会出现这种情况呢？
我们仔细观察一下上面的代码，我们分析出：我们发现结构体成员不是按照顺序在内存中连续存放的，而是有一定的对齐规则。
4.1 结构体内存的对齐规则
结构体内存对齐规则如下：
- 结构体的第⼀个成员放在相较于结构体变量起始位置的偏移量为0的地址处。
- 从第二个成员开始，往后的每个成员都要对齐到某个对齐数的整数倍处。
- 对⻬数 = 编译器默认的⼀个对⻬数 与 该成员变量⼤⼩的较⼩值。（VS编译器上默认对齐数是8。 Linux中 gcc 没有默认对⻬数，对⻬数就是成员⾃⾝的⼤⼩。）
- 结构体的总大小为最⼤对⻬数（结构体中每个成员变量都有⼀个对⻬数，所有对⻬数中最⼤的）的整数倍。
- 如果嵌套了结构体的情况，嵌套的结构体成员对⻬到⾃⼰的成员中最⼤对⻬数的整数倍处，结构体的整体⼤⼩就是所有最⼤对⻬数（含嵌套结构体中成员的对⻬数）的整数倍。
我们举个例子：
#include<stdio.h>
struct S3
{
double d;
char c;
int i;
};
int main()
{
printf("%d\n", sizeof(struct S3));
return 0;
}
上面这个代码中结构体的大小为多少呢？
当出现了结构体嵌套的情况，也是如此计算，举个例子：
#include<stdio.h>
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));
return 0;
}
这里计算一下结果是多少呢？
4.2 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⻬。原因在于，为了访问未对⻬的内存，处理器需要
作两次内存访问；⽽对⻬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⻬成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：结构体的内存对⻬是拿空间来换取时间的做法。
那在设计结构体的时候，我们既要满⾜对⻬，⼜要节省空间，应该如何做到呢？
让占⽤空间⼩的成员尽量集中在⼀起，如下所示：
//例如：
struct S1
{
char c1;
int i;
char c2;
};
struct S2
{
char c1;
char c2;
int i;
};
S1 和 S2 类型的成员⼀模⼀样，但是 S1 和 S2 所占空间的⼤⼩有了⼀些区别。
4.3 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⻬数。
#include <stdio.h>
#pragma pack(1)//设置默认对⻬数为1
struct S
{
char c1;
int i;
char c2;
};
#pragma pack()//取消设置的对⻬数，还原为默认
int main()
{
//输出的结果是什么？
printf("%d\n", sizeof(struct S));//6
return 0;
}
结构体在对⻬⽅式不合适的时候，我们可以⾃⼰更改默认对⻬数。
5、结构体传参
#include <stdio.h>
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;
}
上⾯的 print1 和 print2 函数哪个好些？
答案是：⾸选print2函数。
原因：
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。
结论：结构体传参的时候，要传结构体的地址。
6、结构体实现位段
6.1 什么是位段
位段的声明和结构是类似的，有两个不同：
- 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：
struct A
{
int _a : 2;//表示_a只占2个比特位
int _b : 5;//表示_b只占5个比特位
int _c : 10;//表示_c只占10个比特位
int _d : 30;//表示_d只占30个比特位
};
上面代码中A 就是一个位段类型；位段的位表示二进制位。
那么位段的大小该如何确定呢？
#include <stdio.h>
struct A
{
int _a : 2;
int _b : 5;
int _c : 10;
int _d : 30;
};
int main()
{
printf("%d\n", sizeof(struct A));//8
return 0;
}
计算出的结果是8，为什么呢？
在位段A 中我们可以求得A所占的比特位为：2+5+10+30=47；一个整型是4个字节=32个比特位，很明显我们这里需要两个整型才能放下位段A；因此2个整型=8个字节，所以计算出的结果为8。
6.2 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。
//⼀个例⼦
#include <stdio.h>
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;
printf("%d\n", sizeof(s));//3
return 0;
}
//空间是如何开辟的？
6.3 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。
6.4 位段使用的注意事项
位段的⼏个成员共有同⼀个字节，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 : 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;
}