【C语言】结构体与位段
目录
一、结构体声明
1.1结构体基础知识
1.2 结构的声明
1.3 结构体自引用
1.4 结构体变量的定义和初始化
1.5 结构体内存对齐
结构体内存对齐出现的原因：
结构体内存对齐规则：
1.6 修改默认对齐数
小练习：offsetof 宏的实现
1.7 结构体传参
二、位段
2.1、位段的声明
2.2 位段的内存分配
2.3 位段的跨平台问题
一、结构体声明
1.1结构体基础知识
结构体属于自定义类型，是用来描述复杂对象的，例如一个人的信息，需要各种不同类型的变量去描述它。
1.2 结构的声明
一般声明：
struct Student// 结构体标签
{
char name[20];//名字 结构体成员
int age;//年龄
char sex[5];//性别
char id[20];//学号
}（可以在此处创建结构体变量，属于全局变量，也可以省略）; //分号不能丢特殊声明：即可以省略结构体标签的不完全声明，也称作结构体匿名声明
struct //省略了结构体标签
{
int a;
char b;
float c;
}x;小练习：
struct
{
int a;
char b;
float c;
}x;
struct
{
int a;
char b;
float c;
}a[20], *p;
p = &x ？？？不能这样做，因为匿名声明的结构体创建的实际上是两个不同的结构体类型。不能从结构体成员中判断是否相同，在编译器中，这两个结构体是不同类型，所以会报错。
1.3 结构体自引用
结构体自引用是不能直接自己引用自己的结构体类型的，因为无法确定sizeof(结构体)，会出现无限套娃的情况。所以需要创建一个自己结构体类型的指针，因为指针大小确定，通过指针作为成员变量实现结构体自引用。
struct Node
{
int data;
struct Node next;
};
//无法确定sizeof(struct Node)，这样自引用不可行.
struct Node
{
int data;
struct Node* next;
};
//通过此结构体类型指针来进行自引用，sizeof（struct Node）为确定值，可行.
在自引用时，对结构体进行typedefine时要注意，不能将结构体成员中的struct省略掉。
typedef struct Node
{
int data;
struct Node* next;//此处struct不能省略，因为此处正在对结构体进行类型自定义的过程中，并没有完成。
}Node;
1.4 结构体变量的定义和初始化
//case1：
struct Point
{
int x;
int y;
}p1; //声明类型的同时定义变量p1；为全局变量
struct Point p2; //定义结构体变量p2；在主函数中创建为局部变量
struct Point p3 = {x, y};//初始化：定义变量的同时赋初值。
//case2：
struct Stu //类型声明
{
char name[15];//名字
int age; //年龄
}*p;（此处可不用创建结构体变量，可省略）
struct Stu s = {"zhangsan", 20};//初始化
struct Stu s = {.age=20, .name="zhangsan"};//自定义顺序初始化
printf("%s %d",s.name, s.age);//对结构体成员通过结构体变量访问
printf("%s %d",p->name, p->age);//对结构体成员通过结构体指针变量访问
printf("%s %d",（*p）.name, （*p）.age);//对结构体成员通过结构体指针解引用进行访问
//case3：
struct Node
{
int data;
struct Point p;
struct Node* next;
}n1 = {10, {4,5}, NULL}; //结构体嵌套初始化
struct Node n2 = {20, {5, 6}, NULL};//结构体嵌套初始化
结构体访问：
1. 通过结构体变量
1.通过结构体指针
1.5 结构体内存对齐
结构体内存对齐出现的原因：
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。
总结：结构体内存对齐目的是空间换时间，提升运行效率。
结构体内存对齐规则：
1. 第一个成员在与结构体变量偏移量为0的地址处。
2. 其他成员变量要对齐到（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 该成员大小的较小值。VS中默认的值为8
3. 结构体总大小为最大对齐数（每个成员变量都有一个对齐数）的整数倍。
4. 如果嵌套了结构体的情况，嵌套的结构体对齐到自己的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（含嵌套结构体的对齐数）的整数倍。
在设计结构体时，需要将同类型的成员变量尽量连续放在一起。
可以通过offsetof函数来查看每个成员变量相对于结构体类型指针的偏移量
#include
printf("%d\n", offsetof(struct S2, c1)); 1.6 修改默认对齐数
通过#pragma 来修改默认对其数以及恢复默认
#include
#pragma pack(8)//设置默认对齐数为8
struct S1
{
char c1;
int i;
char c2;
};
#pragma pack()//取消设置的默认对齐数，还原为默认 小练习：offsetof 宏的实现
写一个宏，计算结构体中某变量相对于首地址的偏移，并给出说明，（在学习宏之后回来补充）
1.7 结构体传参
struct S
{
int data[1000];
int num;
};
struct S s = {{1,2,3,4}, 1000};
//结构体传参
void print1(struct S s)
{
printf("%d\n", s.num);
}
//结构体地址传参
void print2(struct S* ps)
{
printf("%d\n", ps->num);
}
int main()
{
print1(s); //传结构体
print2(&s); //传地址
return 0;
}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，参数压栈的的系统开销比较大，所以会导致性能的下降。(需下来参考函数栈帧)
所以结构体传参的时候，要传结构体的地址。
二、位段
2.1、位段的声明
位段实际上是用时间换空间，使结构体空间尽可能的小，不需要对齐。
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，属于整型家族。
2.位段的成员名后边有一个冒号和一个数字。
struct A
{
int _a:2;
int _b:5;
int _c:10;
int _d:30;
};2.2 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 （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。
struct A
{
int _a:2; //先创建了一个int类型4个字节的空间，给int _a分配了2比特位的空间大小，还剩30位.
int _b:5; //给int _b分配了5比特位的空间大小,还剩25位
int _c:10; //给int _c分配了10比特位的空间大小,还剩15位
int _d:30; //给int _d分配了30比特位的空间大小,因为前面不够30位，所以重新再开辟一个int类型空间，总共剩17位。
};看看位段在vs2022中是如何开辟的
但是这只是位段在vs中内存中开辟情况，在跨平台中还会有很多问题
2.3 位段的跨平台问题
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。
2.4 位段实际应用
比如在网络中的数据传输，就需要位段的方式来存储数据，使得对数据存储的空间利用率最大，减少数据传输时的压力。