前言
集成开发环境为vs2022
c语言有内置类型(char short int long flaot double long double)，也有自定义类型—结构体(struct) 枚举(enum) 联合体(union) 本篇幅介绍结构体
自定义类型：结构体
1.结构体类型的声明
前⾯我们在学习操作符的时候，已经学习了结构体的知识，这⾥稍微复习⼀下。
1.1 结构体回顾
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。
1.1.1 结构的声明
struct tag//标签名
{
member-list;//成员 1个或多个
}variable-list;//变量列表
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
struct Book b2;//全局变量
int main()
{
struct Book b1;//局部变量
return 0;
}
1.1.2 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);
//按照指定的顺序初始化
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);
return 0;
}
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。
⽐如：
//匿名结构体类型
struct//这里不写名字
{
int a;
char b;
float c;
}s;//可以在这初始化
//}s={'x',100.3.14};
int main()
{
printf("%c %d %lf",s.c,s.i,s.d);
}
匿名结构体也可以重新命名
typedef struct
{
char c;
int i;
double d;
}s;
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：
在这之前先讲一下链表
数据结构–其实是数据在内存中的存储和组织的结构 数据有多种
线性数据结构：顺序表，链表，栈，队列
顺序表–数组
链表
//定义一个链表节点
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 ⼩就会⽆穷的⼤，是不合理的。
正确的⾃引⽤⽅式：
struct Node{
int data;//数据
struct Node* next;//指针
};
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。
==匿名结构体类型不能实现结构体的自引用==
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;
//上述代码等价于下边代码
struct Node
{
int data;
struct Node* next;
}
typedef struct Node Node;
2.结构体内存对齐
我们已经掌握了结构体的基本使⽤了。
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1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.从第2个成员变量开始，都要对⻬到某个==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。
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
3.结构体总大小为最大对齐数（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
//练习1
struct S1
{ // 默认 对齐数
char c1;// 1 8 1
int i;// 4 8 4
char c2;// 1 8 1
};
printf("%d\n", sizeof(struct S1));
//练习2
struct S2
{
char c1;
char c2;
int i;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S2));
//练习3
struct S3
{
double d;
char c;
int i;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S3));
//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));
2.2 为什么存在内存对齐？
⼤部分的参考资料都是这样说的：
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。
例如
struct S
{
char c;//1
int i;//4
};
那在设计结构体的时候，我们既要满⾜对⻬，⼜要节省空间，如何做到：
==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。
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。
#include
#pragma pack(1)//设置默认对⻬数为1 一般是2的次方数 linux中不能改
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()
{
//输出的结果是什么？ 6
printf("%d\n", sizeof(struct S));
return 0;
}
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];//4000字节
int num;
};
struct S s = {{1,2,3,4}, 1000};
//结构体传参
void print1(struct S s)//s先拷贝，占用内存很大
{
//for循环打印数组
printf("%d\n", s.num);
}
//结构体地址传参
void print2(const struct S* ps)
{
printf("%d\n", ps->num);
printf("%d\n",ps->data[i]);
}
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：结构体传参的时候，要传结构体的地址。
4.结构体实现位段
4.1 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 ，在C99中位段成员的类型也可以 选择其他整型家族类型，⽐如：char。
2.位段的成员名后边有⼀个冒号和⼀个数字。
⽐如：
struct A
{
int _a:2;//只占两个bit位
int _b:5;
int _c:10;
int _d:30;
};
struct s
{
int _a;//4字节 32bit 可以节省30个字节
int _b;
int _c;
int _d;
//00 0
//01 1
//10 2
//11 3
}
A就是⼀个位段类型。
==位段是专门用来节省内存的==
那位段A所占内存的⼤⼩是多少？
// %zd 8字节
printf("%d\n", sizeof(struct A));//
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。
//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;//00001010
s.b = 12;//00001100
s.c = 3;//00000011
s.d = 4;//00000100
//空间是如何开辟的？
在这之前我们先要了解一下内存的使用顺序
1.申请到的一块内存中，从左向右使用，还是从右向左使用，是不确定的 vs是从右向左
2.剩余空间，不是下一个成员使用的时候，是浪费呢？还是继续使用？ vs是浪费
4.3 位段的跨平台问题
int位段被当成有符号数还是⽆符号数是不确定的。
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。
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。
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 位段的应用
下图是⽹络协议中，IP数据报的格式，我们可以看到其中很多的属性只需要⼏个bit位就能描述，这⾥ 使⽤位段，能够实现想要的效果，也节省了空间，这样⽹络传输的数据报⼤⼩也会较⼩⼀些，对⽹络 的畅通是有帮助的。
4.5 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。
==一个字节一个地址==
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;
}