1、结构体类型的声明

struct tag
{
    member - list;  //成员
} variable-list;    //变量列表

 例如描述一本书：

struct Book
{char name[20];char author[20];float price;char id[13];
};  //分号不能丢

1.1 结构体变量的创建和初始化

#include <stdio.h>
struct Book
{char name[20];char author[20];float price;char id[13];
}b3,b4;//全局变量       //分号不能丢void print(struct Book* ps)
{//第二种打印方式：箭头表示printf("%s %s %.1f %s\n", ps->name, ps->author, ps->price, ps->id);//第三种打印方式：函数+地址//printf("%s %s %.1f %s\n", (*ps).name,(*ps).author,(*ps).price,(*ps).id);
}
int main()
{//按照结构体成员的顺序初始化struct Book b1 = {"鹏哥C语言","鹏哥",18.8,"PG1001"};//局部变量//按照指定的顺序初始化struct Book b2 = { .id = "PG1002",.name = "JAVA入门",.price = 38.8,.author = "刘哥" };print(&b2);// 第一种打印方法  printf("%s %s %.1f %s\n", b1.name, b1.author, b1.price, b1.id);return 0;
}

 1.2 匿名结构体类型

声明结构体的时候，可以不完全声明。

比如：

//匿名结构体
struct
{char c;int i;double d;
}s;struct
{char c;int i;double d;
}a[20],*p;

 上面的两个结构题在声明的时候省略了结构体标签（tag）。

 举例：

//匿名结构体
struct
{char c;int i;double d;
}s = {'x',100,3.14};
int main()
{printf("%c %d %.2lf", s.c, s.i, s.d);return 0;
}

 注意：匿名结构体类型，如果没有对结构体类型重命名的话，基本只能使用一次。

//匿名结构体类型
typedef struct
{char c;int i;double d;
}S;
int main()
{S s;//匿名结构体类型重命名return 0;
}

 但是匿名结构体重命名，意义不大。真正的匿名结构体就是我想使用一次，这次用完就不再用了。因为没有这个名字，没有这个名字以后就不能使用了

匿名结构体类型，不是销毁了，类型是一个模板，没名字，用不了。类型不会创建，不占用内存，所以没有销毁一说

1.3 结构体自引用

在结构体中包含一个类型为该结构本身的成员是否可以？

比如：定义一个链表的节点

struct Node
{int date;struct Node next;
};

 上述代码错误，因为一个结构体中再包含一个同类型的结构体变量，这样的结构体变量的大小会无穷大，是不合理的。

 正确的自引用方式：

//结构体自引用
struct Node
{int date;   //数据struct Node* next;   //指针
};

 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，也容易出问题，看看下的代码，是否可行？

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

这是不行的，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，这样不行的。

解决方案如下：定义结构体不要使用匿名结构体。

typedef struct Node
{int date;struct Node* next;
}Node; //类型重命名为Node

匿名结构体类型是不能使用这种结构体自引用的效果的~ 

 

 结构体类型重命名更加方便的写法：

每次创建变量要 struct Node n1 太麻烦，可以类型重命名之后，直接创建变量 Node n2

typedef struct Node
{int date;struct Node* next;
}Node; //类型重命名为Node
int main()
{//struct Node n1;//以后不需要struct Node n1了Node n2;//类型重命名之后可以直接 Node n2 创建变量，更加方便
}

有了结构体类型，再重命名：

struct Node
{int date;//数据struct Node* next;
};
typedef struct Node Node;
int main()
{//struct Node n1;Node n2;//类型重命名之后可以直接 Node n2 创建变量，更加方便
}

什么两段代码效果一样。

2、结构体内存对齐（重点）

我们已经掌握了结构体的基本使用。

现在我们深入讨论一个问题：计算结构体的大小。

2.1 对齐规则

练习：判断下面结构体大小

struct S
{char c1;  //1int i;    //4char c2;  //1
};
int main()
{struct S s = { 0 };printf("%zd\n", sizeof(s));return 0;
}

 输出结果：

12

 为什么？

 首先得掌握结构体的对齐规则：

1、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

2、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打下的较小值。

        -VS中默认的值为8.

        -Linux中gcc没有默认对齐数，对齐数就是成员自身的大小。

3、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，所以对齐数中最大的）的整数倍。

4、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的整数倍数，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。

 ​​​​​​​

 练习：计算结构体大小

//练习2：
struct S2
{char c1;char c2;int i;
};
int main()
{struct S2 s2 = { 0 };printf("%zd", sizeof(s2));return 0;
}

//练习3
struct S3
{double d;//0-7char c;//8int i;//12-15
};
int main()
{struct S3 s3 = { 0 };printf("%zd", sizeof(s3));return 0;
}

//练习4
struct S3
{double d;//0-7char c;//8int i;//12-15
};//16
struct S4
{char c1;struct S3 s3;double i;
};
int main()
{struct S4 s4 = { 0 };printf("%zd", sizeof(s4));r

 

2.2 为什么存在内存对齐?

1、平台原因（移植原因）

不是所有的硬件平台都能访问地址上的任意数据的；某些硬件平台只能在某些地址处去某些特定类型的数据，否则抛出硬件异常。

2、性能原因（重要原因）

数据结构（尤其是栈）应该尽可能地在自然界上对齐。原因在于，未来访问未对齐的内存，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。如果我们能保证所有的double类型的数据的地址都对齐8的倍数，那么就可以用一个内存操作来读写或者写值。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。

总的来说：结构体的内存对齐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，如何做到：

• 让占用空间小的成员尽量集中在一起

/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，但是所占空间的大小有一些区别。S1占12个字节；S2占8个字节。

 2.3 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齐数。

#pragma pack(1)//设置默认对齐数为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()
{struct S s = { 0 };printf("%zd\n", sizeof(s));return 0;
}

结构体在对齐方式不合适的时候，可以自己更改默认的对齐数。

3、结构体传参

struct S
{int arr[1000];int n;double d;
};
//结构体传参
void print1(struct S tmp)
{int i = 0;for (i = 0; i < 5; i++){printf("%d ", tmp.arr[i]);}printf("%d ", tmp.n);printf("%lf\n", tmp.d);
}
//结构体地址传参
void print2(struct S* ps)
{int i = 0;for (i = 0; i < 5; i++){printf("%d ", ps->arr[i]);}printf("%d ", ps->n);printf("%lf\n", ps->d);
}
int main()
{//对结构体创建变量，并初始化struct S s = { {1,2,3,4,5},100,3.14 };print1(s);  //传结构体print2(&s); //传地址return 0;
}

上面print1和print2函数哪个好？

答案：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。

4、结构体实现位段

4.1、什么是位段

位段的声明和结构是类似的，有两个不同：

• 1、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。
• 2、位段的成员名后边有一个冒号和一个数字。

比如：

//位段式的结构
struct A
{int _a : 2;    //占2个bit位int _b : 5;    //占5个bit位int _c : 10;   //占10个bit位int _d : 20;   //占30个bit位
};

A就是一个位段类型。

那位段A所占内存的大小是多少？

struct A
{int _a : 2;int _b : 5;int _c : 10;int _d : 20;
};
int main()
{printf("%zd", sizeof(struct A));return 0;
}

 输出结果：

8

 4.2 位段1的内存分配

1、位段的成员可以是 int、unsigned int、signed int 或者 char 等类型。

2、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。

3、位段涉及很多不确定因素，位段是不跨平台的，注重可移植的程序一个避免使用位段。

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return 0;
}

4.3 位段跨平台问题

 1、int位段被当成有符号数还是无符号数是不确定的。

2、位段中最大位的数目不能确定，（16位及其最大16,32位机器最大32。写成27，在16位机器会出问题）。

3、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。（在VS中从右向左）

4、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属于的位时，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

4.4 位段的应用

下图是网络协议中，IP数据报的个数，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。

4.5 位段使用的注意事项

 位段是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。

使用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//不能对位段成员取地址&//正确的⽰范int b = 0;scanf("%d", &b);sa._b = b;return 0;
}