自定义类型：结构体

一、结构体基础知识

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，如：标量、数组、指针，甚至是其它结构体。

1.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
};//分号不能丢

2.结构体变量的初始化

结构体中包含结构体：

3.结构成员访问操作符

①结构体成员的直接访问 

 结构体成员的直接访问是通过点操作符（.）访问的，点操作符接受两个操作数。

使用方式：结构体变量.成员名

②结构体成员的间接访问 

有时候我们得到的不是⼀个结构体变量，⽽是得到了⼀个指向结构体的指针。使用方式：结构体指针->成员名。

#include <stdio.h>
struct Point
{
	int x;
	int y;
};
int main()
{
	struct Point p = { 3, 4 };
	struct Point* ptr = &p;
	ptr->x = 10;
	ptr->y = 20;
	printf("x = %d y = %d\n", ptr->x, ptr->y);
	return 0;
}

4.结构的特殊声明

在声明结构的时候，可以不完全的声明。

#include<stdio.h>
//匿名结构体:只能用一次
struct
{
	char c;
	int i;
	double d;
}s = { 'x',100,3.14 };
int main()
{
	printf("%c %d %lf\n", s.c, s.i, s.d);
	return 0;
}

#include<stdio.h>
struct
{
	char c;
	int i;
	double d;
}s;
struct
{
	char c;
	int i;
	double d;
}*ps;
int main()
{
	ps = &s;//非法的
	return 0;
}

警告： 1.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。 2.匿名的结构体类型，如果没有对结构体类型重命名，基本上只能使用一次。

二、结构体内存对齐 

1.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大小的较小值         VS中默认的值是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。

练习：

#include<stdio.h>
struct S1
{
	char c1;
	int i;
	char c2;
};
int main()
{
	printf("%d\n", sizeof(struct S1));//12
	return 0;
}

 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:结构体的内存对齐是拿空间来换取时间的做法。

在设计结构体时，既要满足对齐，又要节省空间，如何做：让占用空间小的成员尽量集中在一起

例如：

S1和S2类型的成员一模一样，但是S1和S2所占的空间大小是有区别的。 

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。

#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()
{
	printf("%zd\n", sizeof(struct S));//6
	return 0;
}

三、结构体传参

#include<stdio.h>
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 ", tmp.d);
	printf("\n");
}
//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 ", ps->d);
	printf("\n");
}
int main()
{
	struct S s = { {1,2,3,4,5},100,3.14 };
	print1(s);
	print2(&s);
	return 0;
}

上面的 printl和 print2函数哪个好些?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时，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。

四、结构体实现位段

1.什么是位段？

位段的声明和结构体是类似的，但有两个不同：

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。

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

#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;
}

位段是专门用来节省内存的。位：二进制位

2. 位段的内存分配

①位段的成员可以是int、unsigned int或者是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）的方式开辟。

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

1.申请到的一块内存中，从左向右使用，还是从右向左使用是不确定的。在VS上是从右向左使用的。 2.在VS上，剩余的空间不足下一个成员使用时， 会浪费掉。

3.位段的跨平台问题

①int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位机器最大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。 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 。解决：根据不同的平台写不同的代码~ 

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。

#include<stdio.h>
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;
}