【C语言】玩转结构体（声明、引用、初始化、内存对齐、传参、位段）

前言

大家好，本文主要深度讲解关于结构体的使用及细节，收录到C—语法专栏，此专栏定期更新C语言语法方面的知识，都是比较详细的，自己复习的同时也希望能帮助到大家，如果有不对或者不足的地方欢迎评论区补充。

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一、结构体

之前我们学过整形（short，int），浮点型（float，double），字符型，还有数组（存储相同类型的数据），但在实际问题中，这些类型显然不够，如果我们想表示一个学生的信息，就会有姓名、年龄、分数。。。这时候就需要一个可以存储不同类型数据的数据类型，结构体就此诞生。

1.结构体的声明

//第一种方式
struct student
{
    char name[20];		//结构体中可以放任意类型
    int age;
    float score;
};	//分号不能忘

//第二种方式 在结构体末尾声明结构体实例
struct student
{
    char name[20];	
    int age;
    float score;
}s1;	//s1是全局变量，此时可以根据s1调用结构体

//第三种方式	不声明结构体名称，使其成为匿名结构体
struct
{
    char name[20];	
    int age;
    float score;	
}s1;	//此时只可以使用s1来调用此结构体

2.结构体自引用

• 结构体是否可以包含自己本身？

//错误示范
struct Node
{
    int data;
    struct Node next;
};
//如果真的可以这样，那sizeof(struct Node)是多少? 岂不是无限大？

那既然这样不可以，那怎么让一个结构体包含自己本身呢。

//正确方法
struct Node
{
    int data;
    struct Node* next;
};

包含结构体指针，这样指针大小是4/8（32/64平台）个字节，就不会出问题.

3.结构体变量的定义和初始化

struct student
{
    char name[20];	
    int age;
    float score;
}s1;

struct student s2;  //定义结构体变量s2
struct student s3 = {"ahunb",19,100.0}; //定义s3的同时赋值

嵌套结构体初始化

struct child
{
    char name[20];
    int age;
    struct pet;
}

struct pet
{
    char name[10];
    int age;
}

struct child c1 = {"ahunb",19,{"wangcai",1}};

4.结构体内存对齐

掌握上面知识其实结构体基本使用应该没问题了，但结构体的对齐才是此篇文章的重点，让我们更深入的了解结构体变量。

有这样一个结构体，猜猜他的长度是多少

struct dog
{
	char isWrite;
	int age;
    char isBlack;
};
int main()
{
	printf("%d",sizeof(struct dog));
}

答案是12，why？

重点

※结构体在内存对齐的规则：

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

比如char a[20] 数组，在结构体中的对齐数是1，数组按照数组类型来算,相当于20个char

1. 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。
2. 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。

内存对齐存在的原因：

1. 不是所有硬件平台都能访问任意地址数据的，一些平台只能在某些地址取某些特定数据。

2. 如果没有对齐，会产生两次内存访问，而对齐的只需要进行一次。

结构体内存对齐其实就是那空间换时间

回过头来看上面的题

struct dog
{
	char isWrite;	//默认对齐数为4，char对齐数是1，取其小，从1的倍数地址开始占一格
	int age;		//默认对齐数为4，int对齐数为4，取其小，从4倍数地址开始占4格
    char isBlack;	//默认对齐数为4，char对齐数是1，取其小，从1的倍数地址开始占1格
};
int main()
{
	printf("%d",sizeof(struct dog)); //结构体大小为最大对齐数的整数倍，最大对齐数是4，12
}

默认对齐数可以通过#prama pack( ) 修改

#include <stdio.h>
#pragma pack(1)		//设置默认对齐数为1
struct S1
{
    char c1;		//char对齐数1，默认1，对齐数1
    int i;			//int对齐数4，默认1，对齐数1
    char c2;		//char对齐数1，默认1，对齐数1
};
#pragma pack()		//取消设置的默认对齐数，直接（）里什么也不加，还原为默认
int main()
{
    printf("%d\n", sizeof(struct S1));	//数组大小是最大对齐数的倍数，最大对齐数是1，所以总大小是6
    return 0;
}

5.结构体传参

结构体传参最好采用指针传参，不然进行压栈的时候要压入出整个结构体，会浪费很大一块空间，采用指针传参只会浪费四个或者八个字节的空间。

6.位段

位段声明与结构体类似，不过位段的i结构体成员必须是int，unsigned int或者sign int

• 位段可以很好的节省空间，但是会有跨平台的问题存在。

• 位段的声明：

struct a
{
	int a:3;
    int b:4;
    int c:5;
    int d:4;
};	//如果上一个字节的bit位不够存放下一个变量，直接舍去此字节剩余的bit位，从下个字节开始存储，此端数据共为三个字节

：前是位段名，：后是bit位

例如_a只有两个bit位，就只能存两个bit的数据，有四种可能，00，01，10，11

如果超出此空间，多余的会舍去。

• 给上面位段赋值，看看在内存中是怎样存储的

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

• 位段的应用
  

学过计算机网络的小伙伴应该都认识这个，这是一个报文头，在网络中进行传输信息对空间要求非常苛刻，每天数不清的数据在网络中进行传输，如果没有位段这种方式，那么会多浪费很多空间。

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完结

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