解锁C语言结构体的力量（进阶）

引言：结构体是C语言中的重要部分，也是通向数据结构的一把“钥匙”，之前我们在这篇文章：http://t.csdnimg.cn/fBkBI已经简单的介绍了结构体的基础知识，本篇我们来更进一步的学习结构体。

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目录

结构体的内存对齐

结构体对齐规则：

为什么存在内存对齐？

位段

什么是位段?

位段的内存分配：️️

 位段的跨平台问题：

枚举

枚举的优点：⚾⚾

枚举的使用：

联合（共用体）

联合也是一种特殊的自定义类型：

联合大小的计算：

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结构体的内存对齐

#include
#include
int main() {
	struct s1 {
		char a;
		int b;
		char c;
	};
	struct s2 {
		char a;
		char b;
		int c;
	};
	printf("%zd\n", sizeof(struct s1));
	printf("%zd", sizeof(struct s2));
	return 0;
}

 根据运行结果，会不会有这样一个问题，为什么s1和s2两个结构体有同样的数据类型，但是大小却不一样呢？

我们来看一个图解：

所以我们可以看到即使是相同的数据类型，不同的存储顺序，所占的空间也会不一样，灰色的地方就被浪费了。那么这就是一个简单的结构体对齐的体现。

结构体对齐规则：

1️⃣第一个成员在与结构体变量偏移量为0的地址处。

2️⃣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中默认的是8

Linux中没有默认对齐数，对齐数就是成员自身的大小。

3️⃣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。

4️⃣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？

1️⃣平台原因（移植原因）：

不是所有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。

2️⃣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，为了访问为对齐的内存，处理器需要做两次内存访问；而对齐的内存访问仅需要一次访问。

总体来说：结构体的内存对齐是那空间换取时间的做法。

那在设计结构体的时候，我们既要满足对齐，又要节省空间，如何做到：

让占用空间的成员尽量集中在一起。

 

位段

什么是位段?

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。

2、位段的成员名后边有一个冒号和一个数字。

如果不采用位段的话，最低也要16个字节，而我们通过位段可以调节他所占字节的大小，这样有助于我们来节省空间，但是条件较为苛刻，在用之前我们需要明确的直到这个要用多少字节才能准确的给他分配多少。

所以总的来说： 位段是用来节省空间的。

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，注意可移植的程序应该避免使用位段。

 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、位段中最大的数目是不确定的。（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、当一个结构体包含两个位段，第二个位段成员比较大，无法容纳于第一个位段剩余的位段时，是舍弃剩余的位还是利用，还是不确定的。

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。

 

枚举

枚举顾名思义就是一一列举。

把可能的取值一一列举。

比如我们现实生活中：

一周的星期一到星期日是有限的7天，可以一一列举

性别有：男，女，保密，也可以一一列举

月份有12个月，也可以一一列举

这里就可以使用枚举了。

enum Color {//颜色
	REd,
	GREEN,
	BLUE
};

枚举的优点：⚾⚾

我们可以使用#define定义常量，为什么非要使用枚举？

枚举的优点：

1、 增加代码的可读性和可维护性。

2、和#define定义的标识符比较枚举有类型检查，更加严谨。

3、便于调试。

4、使用方便，；一次可以定义多个常量。

枚举的使用：

enum color{//颜色
    RED = 1,
    GREEN = 2,
    BLUE = 4
};
enum Color clr = GREEN;//只能拿枚举常量给枚举变量赋值，才不会出现类型的差异。

 

联合（共用体）

联合也是一种特殊的自定义类型：

这种类型定义的变量也包含一系列的成员，特征是这些成员公用同一块空间（所以联合也叫共用体）。

我们会发现，按结构体类型来说，char和int类型一共是5字节，而放在union里面则变成了4个字节，原因就是char和int公用一块空间。

蓝色区域为char和int的公用部分

 

而且我们将两个地址打印出来会发现是同一块地址。 进一步证明了什么是共用体。

联合大小的计算：

联合的大小至少是最大成员的大小。

当最大成员大小不是最大对齐的整数倍的时候，就要对齐到最大整数倍

例如：

 好了，今天就带给大家这么多，感谢大家的支持！！！