在之前我们已经探讨了C语言中的自定义数据类型和数组，链接如下：C语言中的数据类型（上）_c语言数据类型-CSDN博客
目录
一、结构体的声明
二、结构体变量的定义和初始化
三、结构体成员的访问
3.1 结构体成员的直接访问
3.2 结构体成员的间接访问
四、结构的特殊声明
五、结构体内存对齐
5.1 对齐规则
5.2 为什么存在内存对齐
5.3 修改默认对齐数
六、结构体传参
七、结构体实现位段
7.1 什么是位段
7.2 位段的内存分配
7.3 位段的跨平台问题
7.4 位段的应用
7.5 位段使用的注意事项
接下来我们来探讨C语言中的自定义数据类型结构体。
C语⾔已经提供了内置类型，如：char、short、int、long、float、double等，但是只有这些内置类型还是不够的，假设我想描述学⽣，描述⼀本书，这时单⼀的内置类型是不⾏的。描述⼀个学⽣需要名字、年龄、学号、⾝⾼、体重等；描述⼀本书需要作者、出版社、定价等。C语⾔为了解决这个问题，增加了结构体这种⾃定义的数据类型，让程序员可以⾃⼰创造适合的类型。
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，如：标量、数组、指针，甚⾄是其他结构体。
一、结构体的声明
结构体的声明如下所示：
struct tag{member- list1 ;member- list2 ;......}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
二、结构体变量的定义和初始化
结构体变量的定义有两种方式：
第一种方式是在声明结构体的时候创建变量，如下所示：
struct Point // 类型声明{int x;int y;}p1; // 声明类型的同时定义变量 p1struct Stu // 类型声明{char name[ 15 ]; // 名字int age; // 年龄}s1;
第二种方式是使用结构体类型来创建，如下所示：
struct Point p2; //定义结构体变量p2
struct Stu s1；
结构体变量的初始化同样有两种方式：
第一种方式是创建变量的时候按照顺序初始化，如下所示：
struct Point p3 = { 10 , 20 };struct Stu s1 = { "zhangsan" , 20 };
第二种方式是创建变量的时候用 “ . ” 这个符号来制定变量来初始化，如下所示：
struct Stu s2 = {.age= 20 , .name= "lisi" }; // 指定顺序初始化
结构体是可以嵌套使用的，如下所示：
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
三、结构体成员的访问
3.1 结构体成员的直接访问
# include <stdio.h>struct Point{int x;int y;}p = { 1 , 2 };int main (){printf ( "x: %d y: %d\n" , p.x, p.y);return 0 ;}
使用方式：结构体变量.成员名
3.2 结构体成员的间接访问
有时候我们得到的不是⼀个结构体变量，⽽是得到了⼀个指向结构体的指针。如下所示：
# include <stdio.h>struct Point{int x;int y;};int main (){struct Point p = { 3 , 4 };struct Point * ptr = &p;ptr->x = 10 ;ptr->y = 20 ;printf ( "x = %d y = %d\n" , ptr->x, ptr->y);return 0 ;}
使用方式：结构体指针->成员名
四、结构的特殊声明
struct{int a;char b;float c;}x;struct{int a;char b;float c;}a[ 20 ], *p;
// 在上⾯代码的基础上，下⾯的代码合法吗？p = &x;
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。
五、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
5.1 对齐规则
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，对齐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其数，所有对齐数中最⼤的）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。
让我们来看以下练习：
#include<stdio.h>//练习1struct S1
{
char c1;
int i;
char c2;
};
int main() {
printf("%zd\n", sizeof(struct S1));
return 0;
}
首先，我们将c1放在偏移量为0的位置。
//练习2
struct S2
{
char c1;
char c2;
int i;
};
int main() {
printf("%zd\n", sizeof(struct S2));
return 0;
}
//练习3
struct S3
{
double d;
char c;
int i;
};
int main() {
printf("%d\n", sizeof(struct S3));
return 0;
}
//练习4-结构体嵌套问题
struct S3
{
double d;
char c;
int i;
};
struct S4
{
char c1;
struct S3 s3;
double d;
};
int main() {
printf("%zd\n", sizeof(struct S4));
return 0;
}
5.2 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：结构体的内存对齐是拿空间来换取时间的做法。
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，如下所示：
// 例如：struct S1{char c1; 5 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。
5.3 修改默认对齐数
#pragma 这个预处理指令，可以改变编译器的默认对齐数。如下所示：
# include <stdio.h># pragma pack(1) // 设置默认对齐数为 1struct S{char c1;int i;char c2;};int main (){//输出的结果是什么？printf ( "%d\n" , sizeof ( struct S));return 0 ;}
结构体在对齐方式不合适的时候，我们可以⾃⼰更改默认对齐数。
六、结构体传参
让我们来看以下代码：
struct S{int data[ 1000 ];int num;};struct S s = {{ 1 , 2 , 3 , 4 }, 1000 };// 结构体传参void print1 ( struct S s){printf ( "%d\n" , s.num);}// 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 ;}
- 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。
七、结构体实现位段
结构体讲完就得讲讲结构体实现位段的能力。
7.1 什么是位段
- 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。
- 位段的成员名后边有⼀个冒号和⼀个数字。
后面的数字表示的是这个变量占几个比特位。
如下所示：
struct A{int _a: 2 ;int _b: 5 ;int _c: 10 ;int _d: 30 ;};
7.2 位段的内存分配
- 位段的成员可以是 int unsigned int signed int 或者是 char 等类型
- 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。
- 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？
7.3 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，是舍弃剩余的位还是利⽤，这是不确定的。
7.4 位段的应用
7.5 位段使用的注意事项
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 ;}
