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前言

✅作者简介：大家好，我是橘橙黄又青，一个想要与大家共同进步的男人

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目的：学习结构体基础内容，联合体的内容和与结构体的区别，枚举类型的理解。

1. 结构体类型的声明

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

1.1.结构体变量的创建和初始化

#include 
struct Stu
{
     char name[20];//名字
     int age;//年龄
     char sex[5];//性别
     char id[20];//学号
};
int main()
{
     //按照结构体成员的顺序初始化
     struct Stu s = { "张三", 20, "男", "20230818001" };
     printf("name: %s\n", s.name);
     printf("age : %d\n", s.age);
     printf("sex : %s\n", s.sex);
     printf("id : %s\n", s.id);
     return 0;
}

也可以按照指定循序初始化

     struct Stu s2 = { .age = 18, .name = "lisi", .id = "20230818002", .sex = "⼥
     printf("name: %s\n", s2.name);
     printf("age : %d\n", s2.age);
     printf("sex : %s\n", s2.sex);
     printf("id : %s\n", s2.id);

1.2 结构的特殊声明

在声明结构的时候，可以不完全的声明看：

//匿名结构体类型
struct
{
     int a;
     char b;
     float c;
}x;
struct
{
     int a;
     char b;
     float c;
}a[20], *p;

上⾯的两个结构在声明的时候省略掉了结构体标签（tag）。

那么问题来了？

//在上⾯代码的基础上，下⾯的代码合法吗？
p = &x;

警告：

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。

匿名的结构体类型，如果没有对结构体类型重命名的话，基本上 只能使⽤⼀次 。

1.3 结构的⾃引⽤

在结构中包含⼀个类型为该结构本⾝的成员是否可以呢？

⽐如，定义⼀个链表的节点：

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

上述代码正确吗？如果正确，那 sizeof(struct Node) 是多少？

仔细分析，其实是不⾏的，因为⼀个结构体中再包含⼀个同类型的结构体变量，这样结构体变量的⼤ ⼩（字节）就会⽆穷的⼤， 是不合理的 。

正确的⾃引⽤⽅式：

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

这个到后面数据结构会细讲。、

1.4typedef 对匿名结构体类型重命名

在结构体⾃引⽤使⽤的过程中，夹杂了 typedef 对匿名结构体类型重命名，也容易引⼊问题，看看

下⾯的代码，可⾏吗？

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

答案是不⾏的，因为Node是对前⾯的匿名结构体类型的重命名产⽣的， 但是在匿名结构体内部提前使⽤Node类型来创建成员变量 ，这是不⾏的。

解决⽅案如下：定义结构体不要使⽤匿名结构体了

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

2. 结构体内存对⻬

现在我们深⼊讨论⼀个问题：计算结构体的⼤⼩。

这也是⼀个特别热⻔的考点： 结构体内存对⻬。

2.1 对⻬规则

⾸先得掌握结构体的 对⻬规则 ：

1. 结构体的第⼀个成员对⻬到和结构体变量起始位置偏移量为0的地址处。

2. 其他成员变量要对⻬到某个数字（对⻬数）的整数倍的地址处。

对⻬数 = 编译器默认的⼀个对⻬数 与 该成员变量⼤⼩的较⼩值。

3. 结构体总⼤⼩为最⼤对⻬数（结构体中每个成员变量都有⼀个对⻬数，所有对⻬数中最⼤的）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⻬到⾃⼰的成员中最⼤对⻬数的整数倍处，结构 体的整体⼤⼩就是所有最⼤对⻬数（含嵌套结构体中成员的对⻬数）的整数倍。

扩展：

- VS 中默认的值为 8

- Linux中 gcc 没有默认对⻬数，对⻬数就是成员⾃⾝的⼤⼩

 接下来用4个例子说明：

案例1：

struct S1
{
     char c1;
     int i;
     char c2;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S1));//12

分析：

案例2：

struct S2
{
     char c1;
     char c2;
     int i;
};
    printf("%d\n", sizeof(struct S2));//8

分析：

 

案例3：

struct S3
{
     double d;
     char c;
     int i;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S3));//32

分析：

 案例4：

练习4-结构体嵌套问题

struct S4
{
     char c1;
     struct S3 s3;
     double d;
};
    printf("%d\n", sizeof(struct S4));

分析：

2.2 为什么存在内存对⻬?  

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⻬。原因在于，为了访问未对⻬的内存，处理器需要 作两次内存访问；⽽对⻬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⻬成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：结构体的内存对⻬是拿空间来换取时间的做法。

2.3 修改默认对⻬数

#pragma 这个预处理指令，可以改变编译器的默认对⻬数，案例：

#include 
#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("%d\n", sizeof(struct S));
     return 0;
}

这样就可以修改默认的对齐数了。

结构体在对⻬⽅式不合适的时候，我们可以⾃⼰更改默认对⻬数。

3. 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

//第1种
void print1(struct S s)
{
     printf("%d\n", s.num);
}

//第2种
//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;
}

上⾯的 print1 和 print2 函数哪个好些？

答案是：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。

结论： 

 也就是说：如果结构体过⼤，开辟空间大，不利于计算机的结束效率。

结构体传参的时候，要传结构体的地址。

4. 结构体实现位段

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 ，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（bit位个数） 。

⽐如：

struct A
{
     int _a:2;
     int _b:5;
     int _c:10;
     int _d:30;
};

A就是⼀个位段类型。

那位段A所占内存的⼤⼩是多少？

printf("%d\n", sizeof(struct A));

这是为什么呢？接下来我们来学习位段的内存分配。

4.2 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 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。

举一个例子，位段是如何开辟空间的呢：

struct S
{
     char a:3;
     char b:4;
     char c:5;
     char d:4;
};
    struct S s = {0};
    s.a = 10;
    s.b = 12;
    s.c = 3;
    s.d = 4;

 分析：

总结：vs从左向右使用，遵循结构体对齐数原则，如果剩余的空间不够就浪费一定空间，开辟新空间。

4.3 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。

 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。

4.4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。

如下：

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;
}

结构体的学习就到这里了，都看到这里了，点一个赞吧，谢谢。