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1. 结构体类型的声明
前面我们在学习操作符的时候，已经学习了结构体的知识，先稍微复习一下。
结构体回顾
结构体是一些值得集合，这些值被称为成员变量。结构的每个成员可以是不同类型的变量。
结构的声明
struct tag {
member - list;
}variable-list;
例如描述一个学生：
struct Stu
{
char name[20];//名字
int age;//年龄
char sex[5];//性别
char id[20];//学号
};//不要忘记分号
2. 结构体变量的创建和初始化
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <stdio.h>
struct Stu
{
char name[20];//名字
int age;//年龄
char sex[5];//性别
char id[20];//学号
};//不要忘记分号
int main()
{
//按照结构体成员的顺序初始化
struct Stu s = {
"zhangsan",20,"男","202012100" };
printf("name :%s\n", s.name);
printf("age :%d\n", s.age);
printf("sex :%s\n", s.sex);
printf("id :%s\n", s.id);
//按照指定的顺序初始化
struct Stu s2 = {
.age = 18,.name = "lisi",.id = "1210010",.sex = "女" };
printf("name :%s\n", s2.name);
printf("age :%d\n", s2.age);
printf("sex :%s\n", s2.sex);
printf("id :%s\n", s2.id);
return 0;
}
结构体的特殊声明
在声明结构体的时候，可以不完全的声明
//匿名结构体类型
struct
{
int a;
char b;
float c;
}x;
struct
{
int a;
char b;
float c;
}a[20],*p;
上面的两个结构在声明的时候省略掉了结构体标签（tag）
那么问题来了？
//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。
结构体的自引用
在结构体中包含一个类型为该结构本身的成员是否可以呢？
比如，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大，是不合理的。
正确的自引用方式：
struct Node {
int data;//存放数据
struct Node* next;//存放写一个节点的地址
};
在结构体自引用使用过程中，夹杂了typedef对匿名结构体类型的重命名。也容易引入问题，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了
typedef struct Node{
int data;
struct Node * next;
}Node;
3. 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
这也是一个特别热门的考点：结构体内存对齐
看一个代码：
为什么大小是有差异的呢？
又是怎么来计算的呢？
struct s1
{
char c1;
char c2;
int i;
};
struct s2
{
char c1;
int i;
char c2;
};
int main()
{
printf("%d\n", sizeof(struct s1));
printf("%d\n", sizeof(struct s2));
return 0;
}
对齐规则
首先得掌握结构体的对齐规则：
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没有默认参数，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。
如果嵌套了结构体的情况，嵌套的结构体成员对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有最大对齐数（含嵌套结构体中成员的对齐数）的整数倍。
对齐规则练习1
struct S1
{
char c1;
int i;
char c2;
};
int main()
{
printf("%d\n", sizeof(struct S1));//12
return 0;
}
对齐规则练习2
struct S2
{
char c1;
char c2;
int i;
};
int main()
{
printf("%d\n", sizeof(struct S2));//8
return 0;
}
对齐规则练习3
struct S3
{
double d;
char c;
int i;
};
int main()
{
printf("%d\n", sizeof(struct S3));//16
return 0;
}
对齐规则练习4
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));//32
return 0;
}
为什么存在内存对齐
大部分的参考资料都是这样说的
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；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，因为对象可能被分放在两个8字节内存块中。
总体来说：结构体的内存是拿空间来换取时间的做法
那在设计结构体的时候，我们既要满足对齐，又要节省空间
让占用空间小的成员尽量集中在一起
就如练习1和练习2，两个类型成员一模一样，但是S1和S2所占用空间的大小有了一些区别。
offsetof - 计算结构体成员相较于起始位置的偏移量
//宏
//offsetof - 计算结构体成员相较于起始位置的偏移量
#include <stddef.h>//得包含头文件
struct s1
{
char c1;
char c2;
int i;
};
int main()
{
printf("%zd\n", offsetof(struct s1, c1));//0
printf("%zd\n", offsetof(struct s1, c2));//1
printf("%zd\n", offsetof(struct s1, i));//4
return 0;
}
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齐数。
#pragma pack(1)//设置默认对齐为1
struct S
{
char c1;
int i;
char c2;
};
#pragma pack()//取消设置的对齐数，还原为默认
int main()
{
printf("%zd\n", sizeof(struct S));//6
return 0;
}
结构体在对齐方式不合适的时候，我们可以自己更改默认对齐数。
4. 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 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;
}
上面应首选print2函数
函数传参的时候，参数是需要压栈，会有事件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，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。
5. 结构体实现位段
结构体讲完就得讲讲结构体实现位段的能力。
位段是基于结构体的
位段的出现就是为了节省空间
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
struct A
{
int _a : 2;
int _b : 5;
int _c : 10;
int _d : 30;
};
int main()
{
printf("%d\n", sizeof(struct A));//8
}
A就是一个位段类型。
位段A所占内存的大小是8字节
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
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？
位段的垮台问题
- int位段被当成有符号数还是无符号数是不确定的
- 位段中最大的数目不确定。（16位机器最大，32位机器最大，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
- 当一个结构体包含两个位段，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，并且可以很好地节省空间，但是有跨平台的问题存在
位段的应用
下面是网络协议中，IP数据报的格式，我们可以看到其中很多的属性只需要几个bit位就能描述，这里使用位段，能够实现想要的效果，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
位段使用的注意事项
位段的几个成员共有一个字节，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 : 32;
int _b : 5;
int _c : 10;
int _d : 30;
};
int main()
{
struct A sa = {
0 };
scanf("%d", &sa._b);//错误方式
//正确演示
int b = 0;
scanf("%d", &b);
sa._b = b;
return 0;
}
