自定义类型：结构体

发布时间：2024年01月13日

一：结构体类型的声明结构体类型的声明

前面我们在讲解操作符的时候，已经学习了结构体的知识，这里稍微再说明一下。

1.1结构体回顾

结构是?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。

1.1.1 结构的声明 

struct tag
{
 member-list;
}variable-list;

1.1.2结构体变量的创建和初始化

1.2 结构的特殊声明

在声明结构的时候，可以不完全的声明。
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?次。

typedef是对结构体的重命名，将上面的结构体命名为S，这样结构体就可以使用多次，正常的使用 
typedef struct S
{
	int a;
	int b;
	int c;
}s1;
int main()
{
	struct S s = { 10,20,30 };
	struct S s2;


	return 0;
}

1.3 结构的自引用

在结构中包含?个类型为该结构本身的成员是否可以

struct Node
{
    int date;
    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?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： 
struct Node 
{
   int date;
   struct Node * p;
};

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，也容易引入问题，看看 下面的代码，可行吗？ 

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

二：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?个特别热门的考点： 结构体内存对齐。

2.1 对齐规则

首先得掌握结构体的对齐规则：
1. 结构体的第?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?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?个对齐数，所有对齐数中最大的）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。 
struct S1
{
    char c1;
    int i;
    char c2;
};

2.2 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?次访问。假设?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?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?起

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
一般将对齐数设置为2的几次方或者是偶数。
结构体在对齐方式不合理时，我们可以更改默认对齐数。

三：结构体传参

#include <stdio.h>
struct S
{
	int data[1000];
	int num;
};
struct S s = { {1},10 };
void print1(struct S s1)
{
	printf("%d\n", s.num);
}
void print2(struct S* ps)
{
	printf("%d\n", ps->num);
}
int main()
{
	print1(s);
	print2(&s);
	return 0;
}

结构体名并不是和数组，函数一样时地址，而是和其他变量一样，在函数传参时，形参是实参的临时拷贝。此时如果结构体很大，直接传结构体会造成空间的浪费，不如传结构体地址

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?个结构体对象的时候，结构体过?，参数压栈的的系统开销?较?，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。

四：?结构体实现位段

结构体讲完就得讲讲结构体实现 位段 （基于结构体，是二进制位） 的能力。

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?个冒号和?个数字。 
struct A
{
    int _a:2;
    int _b:5;
    int _c:10;
    int _d:30;
};
//后面的数字表示一个变量所占的比特位
//_a是变量名
//变量名的组成：字母，数字，下划线，首字符不能是数字

A就是一个位段类型

那A位段所占的内存是多大呢?

A上面的变量总共占47比特位，一个整型int是四个字节，不够，所以要用两个整型，即8个字节

4.2 位段的内存分配

1. 位段的成员可以是 int unsigned int signed int 或者是 char 等类型
文章来源:https://blog.csdn.net/2301_80096514/article/details/135562811
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