c语言：结构体（详解）

一.结构体声明

1.结构体的概念

结构体是一些值的集合，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

这里与数组做出区分：数组是一组相同类型元素的集合

结构体主要是用来描述复杂对象，比如一本书，我们需要描述它的内容，作者名，售价…很明显只用int char…类型是不行的

2.声明

至于variable-list是什么请看下文结构体的基础使用

例子：我需要描述一个学生

二.结构体的基础使用

注意结构体的声明只是定义了该结构体的类型（这类型就像是int ,char…是结构体被定义的类型），而s1,s2,s3才是向计算机申请了一块空间

而创建的变量才开辟空间

这里看看variable-list是什么

s1,s2,s3和s4,s5的区别就像是定义一个全局变量i和一个局部变量i的区别

结构体的成员可以是变量，字符，数组甚至是其他结构体

三.结构体变量的定义和初始化

定义其实很简单，一般有三种方法，其中s4,s5,s6是全局变量，s1,s2,s3是局部变量

接下来初始化结构体变量

这里注意括号内的元素要一一与声明内的相对应

那接下来将它打印出来

这里打印也是需要依次对应的，.操作符就是专门访问结构体

接下来使用指针打印

这里的道理其实是一样的传的是s1的地址那么*s1就是s1,然后再用.操作符。

其实这样写有些麻烦，所以c语言有->符号专门访问这种传址调用

四.空结构体

结论是结构体有多大和平台有关系，接下来来讨论一下空结构体有多大

这里可以看出在VS里，空结构体是不能被定义的（如果是c++项目是可以编过的），它要求至少有一个成员。那么在Linux环境下呢？

可以看出，在Linux环境里空结构体是直接编过了并且大小是0.那么我此时就有些好奇了，空结构体能不能定义变量呢？该变量的大小是多少呢？

我们发现空结构体可以定义变量并且该变量的大小是0。那既然空间是0，可不可以存储数据呢？答案是不行的

换言之，在c语言中可以定义一个大小为0的变量，但是因为该变量没有空间，所以不能赋值并且不同的编译器对空结构体的要求不一样，要从多种环境下看

五.柔性数组

1.定义

柔性数组不同于变长数组，它只能被定义在结构体中

对于c语言是不能定义一个大小为0的数组的

但对柔性数组来说，我们一般将它的大小填为0并且编译器是能编过的

其实以上就是一个柔性数组的定义，但根据我们习惯，我们尽量把柔性数组放在最后定义，也就是如下

2.使用

首先要明确的是柔性数组不占空间

柔性数组就是帮助我们开辟空间的

其实严格意思上讲，柔性数组就是将结构体变长

六.结构体内存对齐

看一个例子

两个结构体我们只是调整了顺序但是它们的内存大小却截然不同，这就是因为内存对齐。

1.结构体的第一个成员，对齐到结构体在内存中存放位置的0偏移处。

c1存到偏移量0位置。

2.从第二个成员开始，每个成员都要对齐到对齐数的整数倍数。

对齐数是结构体成员自身大小和默认对齐数的较小数。在VS里，默认对齐数是8;在Linux里没有默认对齐数。

接下来存放i，i自身大小是4而VS的默认对齐数是8，4<8，按照4来对齐。偏移量必须是对齐数的倍数，也就是说i必须从偏移量为4的位置开始储存。

接下来c2的分析方法与i一样。

3.结构体的总大小必须是所有成员对齐数中最大的对齐数的整数倍。

这里最大对齐数是4，那么它的总大小应该是4的倍数，而上面一个9个字节很明显不是4的倍数，所有得继续向下走。

所以stu1的总大小就是12。同理stu1按照这么分析就是8.

再来一个例子

此时在结构体内包含另一个结构体又有新的规则。

4.如果结构体内嵌套结构体，里面的结构体要对其自己最大成员的整数倍。

s3的大小是16（这里不再计算了），而s3里最大对齐数是8，所以s3应该对齐8的整数倍。

接下来就是放d。

从0到31一共32个字节，判断是否为最大对齐数的整数倍（要包含嵌套结构体里的最大对齐数，8）。可以发现最大对齐数是8，而32是8的倍数，所以32就是s4的大小。

为什么要进行结构对齐呢？

下面是内存不对齐情况，a必须读取两次，但在上面内存对齐下，a只需要读取一次就可以了。注意这里内存一次读取多少字节却决于机器。

自定义默认对齐数

上面说到，在VS里，默认对齐数是8.但有些时候这种默认对齐数可能并不合适，所以c语言又提供了一种宏#pragma pack来自定义对齐数。

#pragma pack(1),就是将默认对齐数改为1。而下面的#pragma pack()就是取消修改。意思是4这个修改的对齐数到#pragma pack就结束了。

七.位端

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（char也可以，因为char本质上也是整形） 。
2.位段的成员名后边有一个冒号和一个数字。

位端中的位其实就是比特位。一个整形应该是4个字节，32个比特位。我们看_a后面的2就代表它需要2给比特位，同理_b需要5个比特位，_c需要10个比特位，_d需要30个比特位。总共需要47个比特位，很明显只有两个整形才能装下，故该结构体的大小是8个字节。（位段本身设计就是为了节省空间，所以不用对齐）

内存分配方式

1. 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
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，注重可移植的程序应该避免使用位段。
4. 以上面的例子为例，a+b+c为17个比特位，那么一个整形还剩下15个比特位。下面的d需要30个比特位很明显装不下，需要在开辟一个整形空间，但它究竟是会将剩下的15个比特位占满还是直接从新的空间里开辟，c语言没有明确规定，取决于编译器。

位段的跨平台性

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，但是可以很好的节省空间，但是有跨平台的问题存在。