【C语言精讲】自定义类型1：结构体详解（内存对齐问题）

• 结构体内存对齐问题详解在第6节

目录

1. 结构的基础知识

2. 结构的声明

3. 特殊的声明

4. 结构体的自引用

5. 结构体变量的定义和初始化

6. 结构体内存对齐

计算结构体的大小

※结构体的对齐规则※

为什么存在内存对齐？

7. 修改默认对齐数

8. 结构体传参

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1. 结构的基础知识

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。

2. 结构的声明

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

例如描述一个学生：

struct Stu
{
	char name[20];
	char sex[5];
	int age;
	int hight;
}s2, s3, s4;	//同时声明全局变量，也可以后面使用时再声明

struct Stu s5;	//全局变量

int main()
{
	struct Stu s1;	//结构体变量
	return 0;
}

3. 特殊的声明

在声明结构体的时候，可以不完全的声明。

在声明的时候省略掉结构体标签（tag），直接进行声明，称为匿名结构体

struct
{
	char c;
	int a;
	double d;
}sa;

4. 结构体的自引用

struct Node
{
	int data;
	struct Node* next;
};

或使用typedef重命名

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

int main()
{
	struct Node n2 = { 0 };
	Node n = { 0 };

	return 0;
}

5. 结构体变量的定义和初始化

struct Point
{
	int x;
	int y;
}p1; //声明类型的同时定义变量p1

struct Point p2; //定义结构体变量p2

//初始化：定义变量的同时赋初值。
struct Point p3 = { x, y };

struct Stu        //类型声明
{
	char name[15];//名字
	int age;      //年龄
};

struct Stu s = { "zhangsan", 20 };//初始化

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

6. 结构体内存对齐

计算结构体的大小

#include 
#include 

struct S1
{
	char c1;//1
	int i;//4
	char c2;//1
};

int main()
{
    //offsetof用于判断结构体成员在结构体中位置的偏量，头文件
	printf("%d\n", offsetof(struct S1, c1));
	printf("%d\n", offsetof(struct S1, i));
	printf("%d\n", offsetof(struct S1, c2));
	return 0;
}

※结构体的对齐规则※

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。

为什么存在内存对齐？

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。

比如假如是32位系统，一次读取4个字节，访问对齐的内存效率更高。

结构体的内存对齐是拿空间来换取时间的做法。

因此在设计结构体时，我们既要满足对齐，又要节省空间：

让占用空间小的成员尽量集中在一起。

//例如：
struct S1
{
	char c1;
	int i;
	char c2;
};
//↓↓↓
struct S2
{
	char c1;
	char c2;
	int i;
};
//S1和S2类型的成员一模一样，但是S1和S2所占空间的大小有了一些区别。

7. 修改默认对齐数

#pragma 这个预处理指令，可以改变我们的默认对齐数。

#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

#pragma pack(1)//设置默认对齐数为1
struct S2
{
    char c1;
    int i;
    char c2;
};
#pragma pack()//取消设置的默认对齐数，还原为默认

int main()
{
    //输出的结果
    printf("%d\n", sizeof(struct S1));    //12
    printf("%d\n", sizeof(struct S2));    //6
    return 0;
}

8. 结构体传参

结构体传参的时候，要传结构体的地址。

struct S
{
	int data[1000];
	int num;
};
struct S s = { {1,2,3,4}, 1000 };

//结构体地址传参
void print2(struct S* ps)
{
	printf("%d\n", ps->num);
}

int main()
{
	print2(&s); //传地址
	return 0;
}

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。