结构体详解

结构体的声明

结构体是一些值的集合，这些值成为成员变量。结构的每个成员可以是不同类型的变量

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

举个例子：
如果要创建一个学生结构体：

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

也可以声明匿名结构体：

//匿名结构体类型
struct
{
 int a;
 char b;
 float c;
}x;

上面的这个结构在声明的时候省略掉了结构体标签（tag）。

结构体自引用：

在结构中包含一个类型为该结构本身的成员是否可以呢？

//代码1
struct Node
{
 int data;
 struct Node next;
};
//可行否？

如果可以，那sizeof(struct Node)是多少？
你会发现上面的代码，无法计算出结构体的大小
下面才是正确的例子：

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

当然也有别的错误的例子，比如：

//代码3
typedef struct
{
 int data;
 Node* next;
}Node;
//这样写代码，可行否？
//这样写当然不行，因为上面的代码在结构体还没有被创建的时候就使用了它
//解决方案：
typedef struct Node
{
 int data;
 struct Node* next;
}Node;

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

可以看出使用初始化器，是初始化结构体的一个好方法

结构体内存对齐

如何计算？

首先得掌握结构体的对齐规则：

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，GCC中没有默认值
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?

大部分的参考资料都是如是说的：

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。
   总体来说：
   结构体的内存对齐是拿空间来换取时间的做法。

位段

结构体实现位段的功能将大大节省内存空间。
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(整型)
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;
};
printf("%d\n", sizeof(struct A));

A就是一个位段类型

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。

//一个例子
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;
//空间是如何开辟的？

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。

位段的应用：