由浅至深->C语言中struct关键字的经典问题分析
引言：先观其大略再逐步深入，这是笔者的创作初衷也是其学习感悟！
文章向导
- struct出场的原由
- 结构声明、结构变量及初始化
- 结构指针（指向结构的指针）
- 结构体与柔性数组（C99新成员）
- 结构体对齐问题
正文
一、struct出场的原由
在程序设计中最重要的一个问题就是如何有效地表示数据，而单纯地使用简单的变量或数组都是不够的，所幸的是C语言提供的struct关键字为人们打开了一扇新的大门。
二、结构声明、结构变量及初始化
1.结构声明和结构变量
struct test
{
char name;
char class;
float value;
};
struct test T; //编译器使用test模板定义结构变量T
如上所示的代码片段就为一种结构声明，该声明描述了一个由两个字符变量和一个float变量组成的结构，但它并没有创建一个实际的数据对象，仅仅只是描述组成这类对象的元素。有时候，结构声明也被称为模板，不过这并不是C++中所谈及的模板概念。
2.如何初始化一个结构变量？
想对一结构变量进行初始化，可使用与初始化数组相似的方式(以上文中的结构变量T为例)：
struct test T = {
'A',
'2',
2.00
};
不过采用这种方式进行初始化时，需注意初始化的项目要和初始化的结构成员类型相匹配，当然也可以使用如下这种任意顺序的初始化方法：
/*使用点运算符和成员名来进行初始化*/
struct test T = {
.value = 2.00,
.name = 'a',
.class = '2'
};
3.结构声明的几种形式
使用结构体时，不免会碰见其各种形式的写法，现对此作一番梳理：
struct A //第一种，最基本的形式
{
int a；
}；
struct B //第二种，在声明结构B的同时定义了一个使用该结构的变量m
{
int b；
} m；
struct //第三种，没有给出该结构的标记，但定义了一个结构变量n
{
int c；
} n；
/* 第四种，加上typedef关键字后，可将struct D{int d;} 看成是一个数据类型，故用struct D 定义变量即可。*/
typedef struct D
{
int d；
}；
/* 第五种，在第四种的基础上加上了别名x，故此时可以直接使用x定义结构变量。*/
typedef struct E
{
int e；
} x；
/* 第六种，在第五种的基础上删掉了结构标记，但还是可以直接使用别名y来定义结构变量。*/
typedef struct
{
int f；
} y；
三、结构指针（指向结构的指针）
程序设计者应该都知道指向数组的指针比数组本身更容易操作(如在一个排序问题中)，那么类比分析可知指向结构的指针也应比结构本身更容易操作，有了这一前提认识也就更加能意识到学习结构指针的重要性。
typedef struct
{
int init;
char field;
} my_struct;
int main(void)
{
my_struct * s; //定义结构指针s
s = (my_struct *)malloc (sizeof(my_struct));
s->init = 4; //使用间接成员运算符访问成员
(*s).field = 'a'; //使用.运算符访问成员，注：.运算符比*的优先级更高，故()不能少
printf("%d\n", s->init);
printf("%c\n", s->field);
return 0;
}
上面这个例子就是如何定义并使用一个结构指针，其中值得注意的就是访问其结构成员的两种方式。
四、结构体与柔性数组
1.柔性数组
柔性数组在C99中也称之为伸缩型数组，仅从名称来看并不能很好地理解其妙用，在正式介绍其用法之前，首先看看声明一个柔性数组的规则：
- 柔性数组成员必须是结构中的最后一个成员；
- 结构中必须至少有一个其他成员；
- 柔性数组就像普通数组一样被声明，除了它的方括号内为空。
struct SoftArray
{
int len;
int array[]; //柔性数组
};
int main()
{
printf("sizeof(struct SoftArray)=%d\n",sizeof(struct SoftArray)); //输出结果为4
return 0;
}
从此程序片段不仅了解到如何声明一个柔性数组，同时还能发现柔性数组的一个特性，也就是不立即存在的特性（因打印结果为4）。
2.柔性数组的用法
谈到如何使用一个柔性数组，那么就不得不牵涉到之前所提及的结构指针。接下来，请看一个完整的例子就能深刻体会柔性数组的妙用！
#include现具体分析柔性数组的“柔”，为便于理解则摘取上述的程序片段：
typedef struct SoftArray
{
int len;
int array[];
} my_SoftArray;
my_SoftArray* sa = NULL;
sa = (my_SoftArray*)malloc(sizeof(my_SoftArray) + sizeof(int)*size);
sa->len = size;
这里不妨假设size=5，那么malloc请求申请的堆空间应为sizeof(my_SoftArray)=4 + sizeof(int)*size=20 ==> 24字节数，具体的内存布局如下图所示：
由上图清晰可知，sizeof(my_SoftArray)得到的空间用于存放len，而sizeof(int)*size得到的空间则用于存放柔性数组的内容，同时柔性数组的长度信息已由len所指定。换句话说，柔性数组在声明时并不知其具体大小，而是在使用时通过结构指针来动态指定的。
五、结构体对齐问题
结构体对齐也称之为内存对齐，它说的是不同类型的数据在内存中按照一定规则进行排序，而不一定是一个接一个的顺序排序。研究此问题的意义在于，不仅是为了更好地使用结构体，同时在笔试/面试题中也会碰见此类问题的身影。
struct test1 struct test2
{ {
char c1; char c1;
short s; char c2;
char c2; short s;
int i; int i;
}; };
现以上面这两个结构为例，两者占用的内存空间是相同的吗？咋一看，除了成员顺序不同外，两结构基本没什么差异，但用编译器检验可知前者占用12个字节，后者占用8个字节。好吧，直观上这确实让人很难以理解，下面从内存布局的角度来进行一番分析：
上图呈现出两结构在内存中的存储差异，但不免就引出了两个问题：
Q1：为什么需要内存对齐？
Q2：这样的对齐方式是如何计算的？
首先，回答第一个问题，即为何需要内存对齐。
- CPU对内存的读取不是连续的，而是分块读取的，块的大小只能是2^i字节数(i=0,1,2,3…)。
- 从CPU的读取性能和效率来考虑，若读取的数据未对齐，则需要两次总线周期来访问内存，因而效率会大打折扣。
- 某些硬件平台只能从规定的相对地址处读取特定类型的数据，否则产生硬件异常。
接着，回答第二个问题，即如何计算内存对齐。
此时就要引出一位新成员#pramga pack指令，它用于指定内存对齐的方式（按指定的字节数进行对齐），在正式举例之前，先看看其使用规则：
struct占用的内存大小（重要规则）
-
结构中的第一个成员位于0偏移地址处
-
每个成员按其类型大小和pack参数中较小的一个进行对齐（对齐参数的选定）
偏移地址必须能被对齐参数整除
结构成员的大小取其内部长度最大的数据成员作为其大小（适用于结构嵌套的情形） -
结构总长度必须为所有对齐参数的整数倍
-
编译器在默认情况下按照4字节对齐，即#pragma pack(4)。
实例分析
#pragma pack(4)
struct test1
{ //对齐参数 偏移地址 大小
char c1; // 1 0 1
short s; // 2 2 2
char c2; // 1 4 1
int i; // 4 8 4
}
#pragma pack()
#pragma pack(4)
struct test2
{ //对齐参数 偏移地址 大小
char c1; // 1 0 1
char c2; // 1 1 1
short s; // 2 2 2
int i; // 4 4 4
}
#pragma pack()
Tips：结构占用内存大小 = （末行）（偏移地址+大小）
该例子展示了如何使用上述提到的规则进行计算，以及如何使用#pragma pack指定内存对齐方式，读者可对照之前的内存布局图自行验证。
参阅资料
C primer Plus
狄泰软件学院- C语言进阶剖析教程
C语言经典编程282例
本文也是笔者的第一篇文章，水平和学识有限，希望各位读者能多多交流、批评指正。