结构体基础

结构体就是一些成员的集合，结构体的每一个成员可以是整型、数组、指针、结构体等不同的类型。

下面是一个简单的结构体结构，包含了类型声明struct Stu、成员、结构体变量s1的声明。

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struct Stu {  //类型
	//成员
	char name[20];
	int age;
	char sex[10];
}s1; //结构体变量

我们可以像上面那样声明一个结构体变量，也可以像下面这样单独声明。

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struct Stu s2;

struct是结构体关键字，Stu是结构体标志，两者构成了结构体类型。上面的语句表示为struct Stu类型的结构体声明了一个变量s1。下面是对s1的赋值操作，可以在声明结构体变量的时候直接赋值。

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struct Stu s1 = { "panghutx",20,"male" };

在声明结构体时，我们可以对结构体不完全声明。

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struct{
    int a;
    char b;
    double c; 
} a;
struct{
    int a;
    char b;
    double c; 
} *P;

以上就不完全声明了两个结构体，我们称之为匿名结构体类型。结构体变量a和*p具有相同的成员，但它们是两个完全不同的类型。当我们尝试如下代码时，会出现警告。

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*p = &a;

警告信息

说到结构体，我们难免提到一个关键字typedef,用于定义新的类型（或类型重命名）。我们在学习链表时可能会看到这样的结构，下面这段代码是对struct Node重命名为Node.而且还在结构体中引用了自己。

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

切记在结构体自引用时不要使用匿名结构体，否则就是在定义新类型的时候引用了新类型，这是错误的。

再看下面的写法，定义了两个新类型，Node和*pNode，Node我们已经知道是对struct Node进行重命名，而*pNode是对struct Node*的重命名。

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typedef struct Node
{
int data;
Node* next;
}Node,*pNode;

结构体内存对齐

结构体的大小不是单纯的各元素相加，因为主流计算机使用的是32bit字长的CPU，那么取4个字节数要比1个高效，所以结构体存在内存对齐。每个编译器都有自己的对齐系数，程序员也可以通过预编译命令来改变默认对齐数。

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#pragma pack(n) //n为修改的对齐系数

对齐规则：

①首个成员放在0ffset（偏移量）为0的位置，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 该成员大小的较小值。

②结构体总大小为各元素最大对齐数的整数倍。

举个例子，计算下面结构体的大小是多少。

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struct S1
{
char c1;
int i;
char c2;
};

假设编译环境默认4字节对齐。

c1是结构体首个元素，直接放到偏移量为0的位置，占1个字节；i自身大小为4字节，默认对齐4字节，因此对齐数就是四字节，将其放到对齐数整数倍的位置，也就是4偏移量的位置。c2自身大小1字节，默认对齐数4，因此对齐数是1，将其放到对齐数整数倍的位置，也就是int的后面。

0~8偏移量，那么该结构体为9个字节，对吗？别忘了规则②，结构体总大小是各元素最大对齐数的整数倍。结构体内最大对齐数的元素是int，对齐数是4，9不是4的整数倍，再开辟3个字节。

综上该结构体大小为12字节。

结构体内存对齐

结构体位段

c语言允许在一个结构体中以位为单位来指定成员长度，利用位段能够节约空间。

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

A就是1个位段，它的大小为8个字节，想知道为什么是8个字节，要知道它的内存分配。

  • 位段的成员可以是 int unsigned int signed int 或者是 char （属于整形家族）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

调试下面代码，我们可以看一下空间是如何开辟的。

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struct S
{
char a:3;
char b:4;
char c:5;
char d:4;
};
struct S s = {0};
s.a = 10;
s.b = 12;
s.c = 3;
s.d = 4;

位段内存分配

我在vs2019环境下调试，和vs2013结果一样。先开辟一字节，从低位开始存数据，存不下时舍弃剩余位，再开辟一字节空间。

以上存储方式只能代表vs环境下，其他环境不确定。要知道，位段的内存分配与内存对齐的实现方式依赖于具体的机器和系统，在不同的平台可能有不同的结果，这导致了位段在本质上是不可移植的。